DE102005056966A1

DE102005056966A1 - Wärmetauscheranordnung für ein Kühlmodul eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102005056966A1
Application number: DE200510056966
Authority: DE
Inventors: Hagen Dipl.-Ing.(BA) Mittelstraß
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Daimler AG
Priority date: 2005-11-30
Filing date: 2005-11-30
Publication date: 2007-05-31

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Wärmetauscheranordnung (1) für ein Kühlmodul eines Kraftfahrzeugs, das als Wärmetauscher mindestens einen Motorkühler (10) und zwei im Kühlluftstrom parallel angeschlossene Zusatzwärmetauscher (2, 3) umfasst, wobei die zwei Zusatzwärmetauscher (2, 3) zwei nebeneinander liegende Gitterflächen (21, 31) aufweisen, welche zusammen im Wesentlichen eine Gitterfläche des Motorkühlers (10) überdecken. Um eine Wärmetauscheranordnung mit verbesserter Wärmetauschleistung bereitzustellen, ist vorgesehen, dass ein Zusatzwärmetauscher (2) zwei getrennte Wärmetauschergitter (21, 22) aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Wärmetauscheranordnung für ein Kühlmodul eines Kraftfahrzeugs mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.

Ein gattungsbildendes Kühlmodul ist in der DE 36 86 650 T2 offenbart. Eine derartige Wärmetauscheranordnung weist einen Motorkühler und zwei im Kühlluftstrom im Wesentlichen parallel angeschlossene Zusatzwärmetauscher auf, welche zusammen eine Gitterfläche des Motorkühlers im Wesentlichen überdecken. Bei der gezeigten Wärmetauscheranordnung sind verschiedene Wärmetauscher nebeneinander, also im Kühlluftstrom parallel zueinander, sowie mit einem weiteren Wärmetauscher hintereinander, also in Reihe geschaltet angeordnet. Dadurch sind die im Luftstrom nachgeordneten Wärmetauscher je nach Wärmebelastung des davor angeordneten Wärmetauschers in ihrer Wärmetauschleistung verschlechtert, sowie bei wechselnden Betriebszuständen des davor angeordneten Wärmetauschers auch wechselnd thermisch beeinflusst. Bei zwei nebeneinander angeordneten, also im Luftstrom parallel angeschlossenen Wärmetauschern ist je nach Bauraumgegebenheiten die Wärmetauschleistung des jeweiligen Wärmetauschers durch die zur Verfügung stehende Teilfläche begrenzt.

Aufgabe der Erfindung ist es, unter Beibehaltung geringer gegenseitiger Beeinflussung der verschiedenen Wärmetauscher eine derartige Wärmetauscheranordnung im Hinblick auf deren Wärmetauschleistung und Abstimmbarkeit des Gesamtsystems zu verbessern.

Die Aufgabe wird gelöst durch eine Wärmetauscheranordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Eine derartige Wärmetauscheranordnung ist für ein Kühlmodul eines Kraftfahrzeugs vorgesehen, das als Wärmetauscher mindestens einen Motorkühler sowie zwei im Kühlluftstrom parallel angeschlossene Zusatzwärmetauscher aufweist. Da bei gängigen Kühlmodulen Zusatzwärmetauscher gängigerweise im Kühlluftstrom hintereinander angeordnet werden, ist bei solchen Anordnungen ein im Kühlluftstrom nachgeordneter Zusatzwärmetauscher durch die vom vorgeordneten Wärmetauscher in den Kühlluftstrom eingetragene Wärmemenge in seiner Kühlleistung beschränkt, sowie in seinem Kühlverhalten beeinflusst. Entlang des Wärmetauschergitters des Kühlers nebeneinander angeordnete Zusatzwärmetauscher müssen sich die zur Verfügung stehende Fläche teilen, so dass mit beschränkten maximalen Kühlleistungen der Zusatzwärmetauscher zu rechnen ist.

Die beiden Wärmetauschergitter des Zusatzwärmetauschers können als getrennte Bauteile ausgeführt und getrennt voneinander montierbar sein, wobei sie am gleichen zu kühlenden Mediumskreislauf angeschlossen sind.

Vorteilhafterweise bilden die beiden Wärmetauschergitter des Zusatzwärmetauschers jedoch eine bauliche Einheit, welche des Weiteren als komplett verlötetes System ausgeführt sein kann.

Eine Wärmetauscheranordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 weist derartige nebeneinander liegende Zusatzwärmetauscher auf, welche somit beim Wärmetausch voneinander entkoppelt sind. Dabei ist zur Leistungssteigerung bei mindestes einem der Zusatzwärmetauscher vorgesehen, dass dieser zwei getrennte Wärmetauschergitter aufweist. Somit ist es möglich über die Wärmetauscherleistung des neben den anderen Zusatzwärmetauscher angeordneten Wärmetauschgitters des Zusatzwärmetauschers hinaus die Wärmetauschleistung dieses Zusatzwärmetauschers durch ein von diesem Wärmetauschgitter getrennt ausgeführtes weiteres Wärmetauschergitter zu erhöhen. Dabei bleiben die Zusatzwärmetauscher durch die nebeneinander angeordneten Wärmetauschergitter thermisch entkoppelt.

Bei einer Ausführungsform der Wärmetauscheranordnung sind die Wärmetauschergitter des Zusatzwärmetauschers parallel zueinander ausgerichtet. Dadurch ergeben sich besonders kompakte Bauformen und Anordnungsmöglichkeiten des Kühlmoduls und des Zusatzwärmetauscher.

Eine besondere Ausgestaltung der Wärmetauscheranordnung weist Wärmetauschergitter des Zusatzwärmetauschers auf, welche entlang der Durchströmungsrichtung des Kühlluftstromes versetzt zueinander angeordnet sind. Somit kann eine in Bezug auf den Bauraumbedarf optimierte Bauform des Kühlmoduls erreicht werden, da das zusätzliche Wärmetauschergitter des Zusatzwärmetauschers bauraumoptimiert außerhalb der Bauebene des ersten Wärmetauschergitters des Zusatzwärmetauschers angeordnet werden kann. Zur platzsparenden Unterbringung ist das zusätzliche Wärmetauschergitter vorteilhafterweise unmittelbar vor dem ersten Wärmetauschergitter angeordnet.

Bei einer Ausführungsform der Wärmetauscheranordnung sind die Wärmetauschergitter des Zusatzwärmetauschers im Kühlluftstrom in Reihe durchströmt, weisen also entlang der Durchströmung des Kühlluftstromes gemeinsame Überdeckungsflächen auf. Damit werden Beeinflussungen des anderen Zusatzwärmetauschers durch Abwärme des zusätzlichen Wärmetauschergitters des Zusatzwärmetauschers bestmöglich eingeschränkt beziehungsweise vermieden.

Eine besondere Ausgestaltung der Wärmetauscheranordnung weist einen Zusatzwärmetauscher auf, dessen getrennte Wärmetauschergitter vom zu kühlenden Medium in Reihe durchströmt werden. Dadurch kann die Wärmetauschleistung beispielsweise in Fällen optimiert werden, in welchen eines der beiden Wärmetauschergitter mit wärmerer Luft beaufschlagt wird. Dieses Wärmetauschergitter wird dann vom zu kühlenden Medium als erstes durchströmt, so dass das mit kühlerer Luft beaufschlagte Wärmetauschergitter des Zusatzwärmetauschers mit vorgekühltem Medium beaufschlagt werden kann und eine stärkere Abkühlung des zu kühlenden Mediums erreicht werden kann.

Bei einer Ausführungsform der Wärmetauscheranordnung bei welcher die Wärmetauschergitter des Zusatzwärmetauschers im Sinne einer im Kühlluftstrom vorgeordneten und einer im Kühlluftstrom nachgeordneten Reihenfolge sortiert werden können und die Wärmetauschergitter vom zu kühlenden Medium in Reihe durchströmt werden, ist zur Erhöhung der Wärmetauschleistung des Zusatzwärmetauschers vorgesehen, die Wärmetauschergitter des Zusatzwärmetauschers in einer Reihenfolge entgegen der Durchströmungsrichtung der Luft zu durchströmen.

Um eine besonders kompakte Baueinheit des Zusatzwärmetauschers bereitzustellen, ist bei einer besonderen Ausgestaltung der Wärmetauscheranordnung vorgesehen, dass die zwei Wärmetauschergitter des Zusatzwärmetauschers in Durchströmungsrichtung des Luftstromes gesehen im Wesentlichen kongruente Flächen abdecken.

Eine Ausführungsform der Wärmetauscheranordnung weist einen Zusatzwärmetauscher auf, welcher als Ladeluftkühler für das Antriebsaggregat des Kraftfahrzeugs dient. Dadurch ist eine besonders leistungsstarke und gleichmäßig wirkende Ladeluftkühlung des Fahrzeugs erreichbar. Der Ladeluftkühler kann dabei als Luft-Luft oder Luft-Wasser Ladeluftkühler vorgesehen sein.

Eine besondere Ausführungsform der Wärmetauscheranordnung weist ein Zusatzwärmetauscher auf, welcher als Kältemittelwärmetauscher einer Fahrzeugklimaanlage fungiert. Somit ist eine besonders unbeeinflusste, im Bauraum kompakte, sowie leistungsstarke Bauform eines Kältemittelwärmetauschers möglich.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Wärmetauscheranordnung ergeben sich aus Kombinationen oben beschriebener Ausführungsformen, sowie aus der Zeichnung und ihrer Beschreibung.
Es zeigt:
1 die Darstellung einer perspektivischen Ansicht auf eine Ausführungsform einer Wärmetauscheranordnung.
1 zeigt die Darstellung einer Wärmetauscheranordnung 1 bestehend aus einem Motorkühler 10 sowie zwei Zusatzwärmetauschern 2 und 3. Der Motorkühler 10 ist am Kühlmittelkreislauf des Antriebsaggregates des Kraftfahrzeugs angeschlossen. Der Wärmetauscher 2 dient als Kältemittelwärmetauscher einer Fahrzeugklimaanlage, während der Zusatzwärmetauscher 3 ein Wärmetauscher der Ladeluftkühlung des Antriebsaggregates des Kraftfahrzeugs ist.
Die beiden Zusatzwärmetauscher 2 und 3 sind im Kühlluftstrom, dessen Durchströmungsrichtung mit den Pfeilen A gekennzeichnet ist, vor dem Motorkühler 10 angeordnet. Vom Kühlmodul, zu dem die Wärmetauscheranordnung 1 gehört sind in der Darstellung der 1 ausschließlich die Wärmetauscher des Motorkühlers 10, sowie der Zusatzwärmetauscher 2 und 3 als blockartige Darstellungen der zugehörigen Wärmetauschergitter mit mediumsseitigen Anschlüssen schematisch dargestellt. Auf eine Darstellung weiterer Teile des Kühlmoduls oder anderer Details der Wärmetauscher, wie beispielsweise Tanks, Befestigungselemente oder Wärmetauschergitterausrichtung, wurde verzichtet.
Der Zusatzwärmetauscher 2 weist ein erstes Wärmetauschergitter 21 auf, welches parallel zur Wärmetauschergitterfläche des Motorkühlers 10 im Luftstrom unmittelbar vor dem Motorkühler angeordnet ist. Das Wärmetauschergitter 21 des Zusatzwärmtauschers 2 erstreckt sich quer zur Kühlluftdurchströmungsrichtung nur über einen Teilbereich der Fläche des Wärmetauschergitters des Motorkühlers 10. Neben dem Wärmetauschergitter 21 des Zusatzwärmetauschers 2 ist in gleichem Abstand und ebenso parallel zum Wärmetauschergitter des Motorkühlers 10 ein Wärmetauschergitter 31 eines Zusatzwärmetauschers 3 angeordnet.
Die beiden nebeneinander angeordneten Wärmetauschergitter 21 und 31 bedecken im Wesentlichen die vollständige Wärmetauschergitterfläche des Motorkühlers 10. Der Zusatzwärmetauscher 2 weist neben dem Wärmetauschergitter 21 ein zusätzliches getrennt vom Wärmetauschergitter 21 ausgebildetes Wärmetauschergitter 22 auf. Das Wärmetauschergitter 22 ist parallel zum Wärmetauschergitter 21 und somit auch parallel zur Wärmetauschergitterfläche des Motorkühlers 10 angeordnet. Dabei ist das Wärmetauschergitter 22 des Zusatzwärmetauschers 2 in Kühlluftdurchströmungsrichtung unmittelbar vor dem Wärmetauschergitter 21 des Zusatzwärmetauschers 2, sowie dem dahinter angeordneten Motorkühler 10 angeordnet.
Seitens des zu kühlenden Mediums sind die beiden Wärmetauschergitter 21 und 22 des Zusatzwärmetauschers 2 in Reihe in diesem Kreislauf angeschlossen. Somit kann zunächst in einem der Wärmetauschergitter 21 das zu kühlende Medium vorgekühlt und im nachgeordneten Wärmetauschergitter 22 bestmöglich heruntergekühlt werden. Dabei ist das Wärmetauschergitter 21, welches im Kreislauf des zu kühlenden Medium zuerst durchströmt wird im Kühlluftstrom nachgeordnet, so dass das mit vorgekühltem Medium beaufschlagte Wärmetauschergitter 22 des Zusatzwärmetauschers 2 im Kühlluftstrom zuerst durchströmt wird. Die Wärmetauschergitter 21 und 22 des Zusatzwärmetauschers 2 weisen quer zur Durchströmungsrichtung kongruente Wärmetauschergitterflächen auf, so dass der Zusatzwärmetauscher 2 eine besonders kompakte Bauform aufweist.
Durch das zusätzliche Wärmetauschergitter 22 des Zusatzwärmetauschers 2 kann eine erhöhte und damit ausreichende Kälteleistung des Zusatzwärmetauschers 2 erreicht werden, wobei sich dieser mit den beiden parallel zum Wärmetauschergitter des Motorkühlers 10 ausgerichteten, miteinander kongruenten Wärmetauschergittern nur über eine Teilfläche des Wärmetauschergitters des Motorkühlers 10 erstreckt. Der Zusatzwärmetauscher 2 sowie der Zusatzwärmetauscher 3 sind in einer derartigen Anordnung thermisch voneinander entkoppelt.
Der Zusatzwärmetauscher 3 weist entsprechend dem Zusatzwärmetauscher 2 zwei getrennt voneinander ausgeführte Wärmetauschergitter 31 und 32 auf, welche entsprechend den Wärmetauschergittern 21 und 22 des Zusatzwärmetauschergitters angeordnet und an den zu kühlenden Mediumskreislauf angeschlossen und von Kühlluft durchströmt werden. Der Zusatzwärmetauscher 3 erstreckt sich entlang der Fläche des Wärmetauschergitters des Motorkühlers 10 im Wesentlichen über die gesamte neben dem Zusatzwärmetauscher 2 verbleibende Teilfläche. Der Zusatzwärmetauscher 3 weist somit die gleichen funktionalen und gegenständlichen Eigenschaften des Zusatzwärmetauschers 2, insbesondere eine besonders kompakte, leistungsgesteigerte und thermisch vom Zusatzwärmetauscher 2 entkoppelte Bauform auf.

Claims

Wärmetauscheranordnung für ein Kühlmodul eines Kraftfahrzeugs, das als Wärmetauscher mindestens einen Motorkühler, und zwei im Kühlluftstrom parallel angeschlossene Zusatzwärmetauscher aufweist, wobei die zwei Zusatzwärmetauscher zusammen eine Gitterfläche des Motorkühlers im Wesentlichen überdecken dadurch gekennzeichnet, dass ein Zusatzwärmetauscher (2) zwei getrennte Wärmetauschergitter (21, 22) aufweist.
Wärmetauscheranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmetauschergitter (21, 22) des Zusatzwärmetauschers (2) parallel zueinander ausgerichtet sind.
Wärmetauscheranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmetauschergitter (21, 22) des Zusatzwärmetauschers (2) entlang der Durchströmungsrichtung (A) des Kühlluftstromes versetzt zueinander angeordnet sind.
Wärmetauscheranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmetauschergitter (21, 22) des Zusatzwärmetauschers (2) im Kühlluftstrom in Reihe durchströmt werden.
Wärmetauscheranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmetauschergitter (21, 22) des Zusatzwärmetauschers (2) vom zu kühlenden Medium in Reihe durchströmt werden.
Wärmetauscheranordnung nach einem der Ansprüche 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmetauschergitter (21, 22) des Zusatzwärmetauschers (2) vom zu kühlenden Medium in einer Reihenfolge entgegen der Durchströmungsrichtung (A) der Luft durchströmt werden.
Wärmetauscheranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Wärmetauschergitter (21, 22) des Zusatzwärmetauschers (2) in Durchströmungsrichtung (A) des Luftstromes gesehen im Wesentlichen kongruente Flächen abdecken.
Wärmetauscheranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass einer der Zusatzwärmetauscher (22) ein Ladeluftkühler ist.
Wärmetauscheranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass einer der Zusatzwärmetauscher (21) ein Kältemittelwärmetauscher einer Fahrzeugklimaanlage ist.