DE102015105379B3 - Heizwärmetauscher mit Einlassdüse - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Heizwärmetauscher (1) für eine Klimatisierungsanlage in einem Kraftfahrzeug. Der erfindungsgemäße Heizwärmetauscher (1) umfasst einen Einlasstank (5) mit einer Einlassöffnung (7) zum Einleiten eines Heizfluids, einen Auslasstank (6) mit einer Auslassöffnung (8) zum Ausleiten des Heizfluids und einen zwischen dem Einlasstank (5) und Auslasstank (6) angeordneten Kernabschnitt (2) mit einer Mehrzahl von zueinander beabstandeten Leitungsbahnen (3), welche den Einlasstank (5) und den Auslasstank (6) fluiddynamisch verbinden. Der erfindungsgemäße Heizwärmetauscher ist dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Einlassöffnung (7) eine Düse (12) vorgesehen ist, welche in Einbaulage eine Einströmrichtung definiert, die dem durchströmenden Heizfluid aufgezwungen wird, und dass diese Einströmrichtung von der durch die Leitungsbahnmündungen im Einlasstank definierte Ansatzlinie (10) divergiert.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Heizwärmetauscher für eine Klimatisierungsanlage in einem Kraftfahrzeug. Der Heizwärmetauscher umfasst dabei einen Einlasstank mit einer Einlassöffnung zum Einleiten eines Heizfluids, einen Auslasstank mit einer Auslassöffnung zum Ausleiten des Heizfluids sowie einen zwischen dem Einlasstank und Auslasstank angeordneten Kernabschnitt mit einer Mehrzahl von zueinander beabstandeten Leitungsbahnen, welche den Einlasstank und den Auslasstank fluiddynamisch verbinden.
  • Heizwärmetauscher sind an sich seit langem bekannt. Dabei überträgt das Heizfluid im Kernabschnitt Wärmeenergie an ein Wärmetauschmedium. Das Heizfluid ist typischerweise Wasser oder ein Wasser-Glykol-Gemisch, welches z.B. im Kühlkreislauf einer Verbrennungskraftmaschine zirkuliert, kann aber prinzipiell auch ein anderes geeignetes Fluid sein, beispielsweise Öl. Das Wärmetauschmedium ist typischerweise Luft, welche senkrecht durch den Kernabschnitt hindurchströmt, sich dabei erwärmt und weiter stromabwärts allein oder mit anderer Luft gemischt für einen klimatisierenden Luftstrom verwendet werden kann.
  • Die Strömung des Heizfluids durch den Heizwärmetauscher verläuft dabei nicht homogen. Zum einen ist das Heizfluid im Einlasstank heißer als beim Erreichen des Auslasstanks, nachdem es in wärmeleitendem Kontakt mit der durchströmenden Luft getreten ist. Zum anderen tritt die Inhomogenität auch in der Breite, d.h. in der Erstreckungsrichtung der Tanks auf. Die Strömungsgeschwindigkeit – und damit der Massenstrom des Heizfluids – ist in den Leitungsbahnen in der Nähe der Einlassöffnung höher als in den weiter entfernteren Leitungsbahnen. Folglich kann in den zur Einlassöffnung näher gelegenen Leitungsbahnen mehr Wärmeaustausch stattfinden und damit der Luftstrom stärker erwärmt werden als an den weiter entfernteren Leitungsbahnen. Diese Inhomogenität ist umso problematischer je breiter der Heizwärmetauscher im Vergleich zu seiner Höhe ist.
  • In der JP2001141388A und der JP2001033189A werden zur Lösung dieses Problems vorgeschlagen, eine Platte im Einlasstank vorzusehen, welche die Wasserverteilung über die Leitungsbahnen ausgleichen soll. Diese Platte verursacht allerdings eine Wirbelbildung, welche unerwünschten Körperschall im Heizwärmetauscher erzeugt.
  • Die US 20080229771 A1 offenbart als Abschluss an den Einlasstank eines Verdampfers eine Aufsatzkappe, um eine Ablenkung der Einlassströmung in diesem Punkt zu erzeugen. Die Strömung wird so vom Rohrboden weggerichtet. Des Weiteren wird in der WO 2011157063 A1 ein Verdampfer mit einer mit Löchern versehenen Verteilerleiste im Einlasstank offenbart. Die WO 2012034436 A1 offenbart für den Einlasstank eines Kältemittel-Wärmetauschers eine Leitung mit einer Vielzahl an Löchern zur besseren Verteilung des Kältemittels im Einlasstank. Zum Zwecke der Druckminderung sind die Löcher in axialer Richtung in der Leitung geneigt.
  • Versuche mit Düsen an der Einlassöffnung haben gezeigt, dass das durch die Düse beschleunigte Heizfluid beim Einströmen in den Einlasstank im Bereich der ersten Leitungsbahnmündungen einen dynamischen Unterdruck erzeugen kann, durch welchen das Heizfluid in diesem Bereich sogar teilweise zurückfließt. Dies führt zu Leistungsverlusten des Heizwärmetauschers und verursacht eine markante Inhomogenität im Bereich der ersten Leitungsbahnen des Heizkerns. Dieses Problem tritt insbesondere bei höherer oder maximal vorgesehener Last, d.h. bei relativ hohen Massenströmen des Heizfluids auf.
  • Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Heizwärmetauscher der eingangs genannten Art insbesondere hinsichtlich der Homogenität zwischen linker und rechter Hälfte ohne nennenswerte Leistungsverluste zu verbessern.
  • Diese Aufgabe wird durch einen Heizwärmetauscher mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
  • Der erfindungsgemäße Heizwärmetauscher ist dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Einlassöffnung eine Düse vorgesehen ist, welche in Einbaulage eine Einströmrichtung definiert, die dem durchströmenden Heizfluid aufgezwungen wird, und diese Einströmrichtung von der durch die Leitungsbahnmündungen im Einlasstank definierte Ansatzlinie divergiert. Die Einströmrichtung läuft also nicht parallel zur Ansatzlinie der Leitungsbahnmündungen, sondern weist hierzu und zur Tanklängsrichtung einen Winkel auf. Tests haben überraschenderweise ergeben, dass sich hierdurch bei geeigneter Ausrichtung und Dimensionierung der Unterdruck im Bereich der ersten Leitungsbahnmündungen vermeiden lässt und zugleich eine bessere Durchströmung der weiter entfernten Leitungsbahnen erreichen lässt.
  • Gemäß einer ersten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Düse einen sich verjüngenden Querschnitt in Einlassrichtung aufweist. Die Düsenachse, welche durch die Linie durch den Mittelpunkt des Eingangsquerschnitts und den Mittelpunkt des Ausgangsquerschnitts der Düse definiert wird, ist dabei divergent zur Ansatzlinie der Leitungsbahnmündungen. Die Verjüngung bewirkt eine Beschleunigung des Heizfluids im Einlassbereich. Vorteilhafterweise ist der Querschnitt der Düse wenigstens abschnittsweise kegelförmig verjüngt. Die Kegelachse ist dann divergent zur Ansatzlinie der Leitungsbahnmündungen. Eine kegelförmige Verjüngung lässt sich leicht herstellen und verringert das Risiko von entgegen der Einströmrichtung gerichteter Verwirbelungen. Alternativ kann auch eine Lochblende als Düse verwendet werden, welche derart im Bereich der Einlassöffnung angeordnet ist, dass sich eine entsprechend gerichtete Einströmrichtung ergibt.
  • Alternativ oder auch zusätzlich weist die Düse in einer zweiten Ausführungsform einen Drall erzeugenden Zug auf. Hierdurch wird der Strahl des einströmenden Heizfluids stabilisiert und ein weites Einschießen in den Einlasstank ermöglicht. Durch den Drall wird an der Oberkante des Strahls lokal ein Winkel zwischen der lokalen Strömungsrichtung und der Ansatzlinie der Leitungsbahnmündungen erzielt.
  • Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Querschnitt der Düse durch ein Achsenpaar einer längeren Achse und einer senkrecht dazu stehenden kürzeren Achse charakterisiert ist und dass dieses Achsenpaar entlang der Strömungsrichtung an wenigstens zwei unterschiedlichen Positionen gegeneinander gedreht ist. Der Querschnitt wird beispielsweise aus schraubenförmig leicht gedrehten Ellipsen, deren Fläche in Strömungsrichtung gleichbleibt oder sich verjüngt, gebildet.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Einströmrichtung und/oder die Düsenachse gegenüber der Ansatzlinie nach oben, seitlich oder vorzugsweise schräg nach oben ausgerichtet ist.
  • Tests haben dabei gezeigt, dass die besten Ergebnisse erreicht werden können, wenn die Einströmrichtung und/oder die Düsenachse mit der Ansatzlinie einen Winkel zwischen 2° und 20°, vorzugsweise zwischen 5° und 10° bildet. Außerdem oder auch zusätzlich ist in vorteilhaften Ausgestaltungen vorgesehen, dass die Abweichung zwischen der Einströmrichtung und/oder der Düsenachse von der Ansatzlinie eine Horizontalkomponente und eine Vertikalkomponente aufweist, wobei das Verhältnis dieser Horizontalkomponente und dieser Vertikalkomponente in einem Bereich zwischen 2:1 und 1:2 liegt.
  • Gemäß bevorzugter Ausgestaltungen der Erfindung liegt das Flächenverhältnis von dem Querschnitt der Einlassmündung des Heizwärmetauschers und dem Ausgangsquerschnitt der Düse in einem Bereich zwischen 0,2 und 0,5. Hierdurch ist einerseits der Druckverlust nicht zu hoch, andererseits die Homogenisierung durch die größere Einströmtiefe verbessert. Die Einlassmündung ist der effektive Querschnitt der Einlassöffnung mit der daran befestigten zuführenden Rohrleitung.
  • Die Erfindung kann für alle Heizwärmetauscher angewendet werden. Die Vorteile der Erfindung entfalten sich allerdings am besten, wenn die Breite des Heizwärmetauschers mindestens 160mm, vorzugsweise mindestens 180mm beträgt. Die Auswahl breiterer Heizwärmetauscher zur Verwendung für Klimatisierungsanlagen in Kraftfahrzeugen verbessert die Designfreiheit und erlaubt ggf. auch leistungsstärkere Heizwärmetauscher zu verbauen.
  • Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen und mit Bezug zu den Figuren näher erläutert.
  • Die 1 zeigt einen gattungsgemäßen Heizwärmetauscher in Frontansicht,
  • die 2 zeigt den Heizwärmetauscher der 1 in Draufsicht,
  • die 3 zeigt einen Heizwärmetauscher im Bereich der Einlassöffnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
  • die 4 zeigt eine Detaildarstellung der Düse, welche nach dem Ausführungsbeispiel der Erfindung in die Einlassöffnung gemäß 3 einsetzbar ist,
  • die 5A8A zeigen Öffnungsgeometrien der Einlassöffnung,
  • die 5B8B zeigen simulierte Durchflussraten durch den Heizwärmetauscher, welche mit den jeweiligen Öffnungsgeometrien der Einlassöffnung entsprechend den 5A8A zu erwarten sind und
  • die 9A9B zeigen weitere Ausführungsformen von Öffnungsgeometrien der Einlassöffnung.
  • In den 1 und 2 ist ein Heizwärmetauscher 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Der Heizwärmetauscher 1 ist vorgesehen für die Verwendung in einer Kraftfahrzeugklimaanlage und ist in der gezeigten Ausführungsform etwa 300mm breit. Der Heizwärmetauscher 1 ist in der 1 in Frontansicht dargestellt. Er weist einen Heizkern 2 auf, welcher aus einer Vielzahl von Leitungsbahnen – hier: 54 parallelen, beabstandeten Flachrohren 3 – gebildet wird. Der Heizwärmetauscher 1 würde in der 1 parallel zur Zeichnungsebene vom Heizfluid, fortan als Motorkühlwasser bezeichnet, durchströmt und die zu erwärmende Luft würde senkrecht zur Zeichnungsebene durch den Heizwärmetauscher 1 hindurchströmen. In der 2 ist der Heizwärmetauscher in Draufsicht dargestellt. Das Motorkühlwasser würde den Heizkern 2 senkrecht zur Zeichnungsebene durchströmen und die zu erwärmende Luft würde den Heizkern 2 in der Zeichnungsebene vertikal durchströmen.
  • Benachbarte Flachrohre 3 sind durch Finnen 4 miteinander verbunden, um die Wärmeübertragungsleistung zu vergrößern. Die unteren und oberen Enden der Flachrohre 3 münden jeweils in einen Einlasstank 5 und in einen Auslasstank 6, sodass sie beide Tanks 5, 6 damit fluiddynamisch verbinden. Der Einlasstank 5 und der Auslasstank 6 weisen eine Einlassöffnung 7 bzw. eine Auslassöffnung 8 zum Einleiten bzw. zum Ausleiten des Motorkühlwassers auf. Der Einlasstank 5 und der Auslasstank 6 weisen zur Stabilisierung an ihrer Oberseite bzw. Unterseite noch Ausbuchtungen 9 auf. Die Rohrmündungen der Flachrohre 3 bilden eine Ansatzlinie 10 (im Folgenden auch als Mündungslinie 10 bezeichnet), die typischerweise annähernd mit dem Rohrboden 10A des Heizkerns 2 zusammenfällt.
  • In der 3 ist eine Detailansicht des Heizwärmetauschers 1 im Bereich der Einlassöffnung 7 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Erfindungsgemäß ist im Bereich der Einlassöffnung 7 eine Düse 12 vorgesehen, und zwar in dem Einlassrohr 11, welches in zusammengebautem Zustand in die Einlassöffnung 7 hineinragt und mit dieser den Einlass für das Motorkühlwasser bildet. In Einbaulage zwingt die Düse 12 dem durchströmenden Motorkühlwasser eine Einströmrichtung auf, welche von der Mündungslinie 10 divergiert, wie dies weiter unten noch im Detail erläutert wird.
  • Die Düse 12 ist gemäß einer Ausführungsform einstückig aus Plastik als Einsatzteil gefertigt (siehe 4) und wird in die Öffnung des Einlassrohrs 11 eingesetzt und dort in geeigneter Weise befestigt. Die Düse 12 wird beispielweise in das Einlassrohr 11 hineingequetscht, geklebt und/oder in zusammengebautem Zustand durch einen Stopper an der Einlassöffnung 7 des Einlasstanks 5 in Position gehalten. In zusammengebautem Zustand ist das Einlassrohr 11 in die Einlassöffnung 7 eingeführt, typischerweise von einem O-Ring 15 gegen die Innenwand der Einlassöffnung 7 abgedichtet und außen von einer Schelle 16 vollumfänglich mit der Einlassöffnung 7 fest verbunden.
  • Gemäß der gezeigten Ausführungsform verjüngt sich der Strömungsquerschnitt vom Einlassrohr 11 bis zum Ausgang der Düse 12 nach und nach. Der Rohrdurchmesser D1 beträgt 16mm, während der Eingang der Düse 12 einen Durchmesser D2 von etwa 12mm und der Ausgang der Düse 12 einen Durchmesser D3 von etwa 9mm hat. Das Flächenverhältnis von dem Querschnitt des Einlassrohres 11 und dem Ausgangsquerschnitt der Düse 12 beträgt somit etwas mehr als 0,3. Tests haben gezeigt, dass dieses Flächenverhältnis am Besten in einem Bereich zwischen 0,2 und 0,5 liegt, um einen guten Kompromiss zwischen Strömungswiderstand einerseits und zu erzielender Düsenwirkung andererseits zu erzielen.
  • Durch die Verjüngung der Düse 12 wird ein kegelförmiger Abschnitt 14 gebildet, wobei die Verjüngung asymmetrisch in Bezug zur Symmetrieachse des Einlassrohrs 11 liegt. Die Dicke D4 an der Oberkante beträgt gut 1mm und die Dicke D5 an der Unterkante knapp 2mm. Die Düsenlänge beträgt etwa 5mm–6mm, wovon etwa 2,5mm der kegelförmige Abschnitt 14 bildet. Die Düse 12 weist damit eine Düsenachse 13 auf, welche mit der Mündungslinie 10 einen Winkel α von ungefähr 10° aufweist. Die Geometrie der Düse 12 zwingt dem strömenden Motorkühlwasser eine Strömungsrichtung auf, welche von der Mündungslinie 10 divergiert. Im gezeigten Ausführungsbeispiel liegt die Oberkante des Düsenausgangs etwa 2mm oberhalb von der Unterkante des Rohrbodens 10A. Die exakte Ausrichtung der Düse 12 kann an die gegebene Eingangsgeometrie des Heizwärmetauschers 1 angepasst werden.
  • In einer alternativen Ausführungsform kann anstelle der Düse 12 eine Lochblende aus Aluminium in den Querschnitt der Einlassöffnung 7 gelötet werden, wobei die Öffnung der Lochblende nicht symmetrisch zum Querschnitt der Einlassöffnung 7 bzw. zur Rohrachse des Einlassrohres 11 ausgerichtet ist (nicht dargestellt).
  • In den 5A8A sind verschiedene Öffnungsgeometrien der Einlassöffnung 7 gezeigt, wie diese in Zusammenhang mit der Erfindung relevant sind. Die Darstellung ist eine Seitenansicht in Richtung der Erstreckung des Einlasstanks 5, wobei die Position der Düsenquerschnitte 17A17D am Ausgang der Düse 12 relativ zum Tank 5 und der Einlassöffnung 7 schematisch dargestellt sind. Während wenigstens die jeweiligen Düsenquerschnitte 17C und 17D am Ausgang der Düse 12 asymmetrisch zur Einlassöffnung 7 liegen, sind die Düsenquerschnitte am Eingang der Düse 12 hierzu symmetrisch. Die dazugehörigen simulierten Durchflussraten durch den Heizwärmetauscher 1 sind jeweils daneben in den 5B8B dargestellt, wobei die Flachrohre 3 von der Einlassöffnung beginnend gemäß ihrer Reihenfolge nach rechts und der dazugehörige Massenfluss nach oben aufgetragen ist. Die gedachte Trennlinie zwischen linker und rechter Hälfte des Heizwärmetauschers 1 sowie der durchschnittliche Massenfluss sind jeweils als Geraden mit eingezeichnet.
  • Im Vergleichsbeispiel in der 5A ist keine Düse vorhanden. Der Querschnitt 17A ist am Eingang und am Ausgang im Wesentlichen gleich. Dies führt zu dem eingangs erwähnten Problem, dass die Durchflussrate in den Flachrohren 3 desto größer ist, je näher diese von der Einlassöffnung 7 entfernt sind (5B). Folglich strömt in der der Eingangsöffnung zugewandten Hälfte deutlich mehr (beinahe doppelt so viel) heizendes Motorkühlwasser als in der abgewandten Hälfte. Diese Asymmetrie führt zu einer spürbaren Inhomogenität des klimatisierenden Luftstroms durch den Heizwärmetauscher 1.
  • Im Vergleichsbeispiel in der 6A ist eine symmetrische Düse vorhanden. Der Düsenquerschnitt 17B ist am Ausgang kleiner als am Eingang, wobei die Düsenachse parallel zur Einlassöffnung 7 und damit parallel zur Mündungslinie 10 ausgerichtet ist. Diese Düse bewirkt zwei Effekte (siehe 6B). Erstens wird die Durchflussrate wie gewünscht in den weiter abgelegenen Flachrohren deutlich erhöht, sodass die Links-Rechts-Homogenität deutlich verbessert ist. Zweitens wird das Motorkühlwasser durch die Düsenwirkung beschleunigt, dass es zu einem dynamischen Unterdruck im Bereich der ersten Flachrohre 3 kommt. Hierdurch wird nicht nur eine kurzstreckige Inhomogenität im linken Bereich selbst erzeugt, sondern sogar ein Rückfluss von Motorkühlwasser in entgegengesetzte Richtung und damit ein unerwünschter Strömungswiderstand erzeugt.
  • Gemäß der Ausführungsform der Erfindung in der 7A wird eine asymmetrische Düse 12 verwendet, deren verjüngter Düsenquerschnitt 17C am Ausgang leicht nach oben geneigt und somit divergent zur Einlassöffnung 7 und zur Mündungslinie 10 ausgerichtet ist. Diese Düse 12 bewirkt nicht nur, dass die Durchflussrate wie gewünscht in den weiter abgelegenen Flachrohren deutlich erhöht ist, sondern auch, dass im Bereich der ersten Flachrohre 3 ein Rückfluss von Motorkühlwasser in entgegengesetzte Richtung vermieden wird (siehe 7B). Es kommt zwar zu einer leicht reduzierten Durchflussrate im Bereich der ersten Flachrohre 3, die Homogenität über die gesamte Breite des Heizwärmetauschers 1 ist jedoch deutlich verbessert. Die mit Bezug zu den 7A und 7B diskutierten Ergebnisse sind qualitativ zu verstehen. In Tests und Simulationen hat sich gezeigt, dass besonders gute Ergebnisse erzielt werden, wenn die Einströmrichtung und/oder die Düsenachse 13 mit der Mündungslinie 10 einen Winkel zwischen 2° und 20°, vorzugsweise zwischen 5° und 10° bilden. Der optimale Winkelbereich hängt dabei von verschiedenen Parametern ab, insbesondere von der Durchflussgeschwindigkeit, dem Längen-Höhen-Verhältnis des Heizwärmetauschers 1 sowie der exakten Düsengeometrie und der Positionierung der Düse 12 im Bereich der Einlassöffnung 7.
  • Gemäß der Ausführungsform der Erfindung in der 8A wird eine asymmetrische Düse 12 verwendet, deren verjüngter Düsenquerschnitt 17D am Ausgang schräg nach oben geneigt und somit divergent zur Einlassöffnung 7 und zur Mündungslinie 10 ausgerichtet ist. Es kann sich insbesondere um die mit Bezug zu der 7A beschriebene Düse 12 handeln, welche lediglich um einen Winkel von etwa 45° gedreht in das Einlassrohr 11 eingesetzt wurde. Diese Düse 12 bewirkt qualitativ dasselbe Ergebnis wie jenes, welches im Zusammenhang mit den 7A und 7B bereits diskutiert wurde. Es zeigt sich aber, dass die Links-Rechts-Homogenität verbessert und die reduzierte Durchflussrate im Bereich der ersten Flachrohre 3 weniger stark ausgeprägt sind. In Tests und Simulationen hat sich gezeigt, dass besonders gute Ergebnisse erzielt werden, wenn die Abweichung zwischen der Düsenachse 13 von der Mündungslinie 10 eine Horizontalkomponente H und eine Vertikalkomponente V aufweist, wobei das Verhältnis dieser Horizontalkomponente H und dieser Vertikalkomponente V in einem Bereich zwischen 2:1 und 1:2 liegt. Dies entspricht einem Drehwinkel in einem Bereich zwischen 30° und 60°. Die mit Bezug zu den 8A und 8B diskutierten Ergebnisse sind aus den weiter oben genannten Gründen ebenfalls nur qualitativ zu sehen.
  • Ein Vergleich zwischen dem Heizwärmetauscher 1 ohne Düse gemäß 5A und einem Heizwärmetauscher 1 mit einer Düse gemäß 8A hat folgende Ergebnisse gebracht. Während bei dem Aufbau gemäß 5A der Temperaturunterschied zwischen dem linken, unteren Quadranten und dem rechten oberen Quadranten des Heizwärmetauschers 1 neun Grad Celsius betrug (87,1°C gegenüber 78,2°C), konnte dieser Temperaturunterschied bei dem Aufbau gemäß 8A auf fünf Grad Celsius reduziert werden (86,2°C gegenüber 81,3°C). Die Durchflussrate eines 50:50 Wasser-Glykol-Gemisches betrug dabei 1000l/h bei einer Eintrittstemperatur von 90°C. Der Luftdurchsatz (bei einer Luft-Eintrittstemperatur von ca. 0°C) betrug 360kg/h.
  • In den 9A und 9B sind weitere Öffnungsgeometrien der Einlassöffnung 7 gemäß Ausführungsformen der Erfindung dargestellt.
  • In der 9A weist die Düse 12 einen sich verjüngenden Querschnitt auf. Am Eingang der Düse 12 ist der Querschnitt 17E oval oder ellipsenförmig und durch ein Achsenpaar einer längeren Achse A1 und einer senkrecht dazu stehenden kürzeren Achse A2 charakterisiert. Am Ausgang der Düse 12 ist der Querschnitt 17F ebenfalls oval oder ellipsenförmig und durch ein Achsenpaar einer längeren Achse A3 und einer senkrecht dazu stehenden kürzeren Achse A4 charakterisiert. Der Querschnitt 17F ist dabei kleiner als der Querschnitt 17E und das Achsenpaar der Achsen A3, A4 ist gegenüber dem Achsenpaar A1, A2 gedreht. Hierdurch lässt sich ein Drall des einströmenden Motorkühlwassers erreichen, welcher das Einströmen in den Einlasstank 5 stabilisiert und somit die Homogenisierung begünstigt. Der Drall führt zu lokalen Strömungsrichtungen an der Oberseite des Einlassstrahls, welche nicht parallel zu der Mündungslinie 10 verlaufen.
  • In der 9B weist die Düse 12 eine Längsrippung 18 auf. Die Längsrippung 18 kann sich über einen Teil oder die volle Länge der Düse 12 erstrecken. Sie ist entlang der Strömungsrichtung leicht tordiert und bildet somit einen Drall erzeugenden Zug. In der gezeigten Ausführungsform ist der Düsenquerschnitt 17G am Eingang größer als der Düsenquerschnitt 17H am Ausgang der Düse 12.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Heizwärmetauscher
    2
    Heizkern
    3
    Flachrohre (Leitungsbahnen)
    4
    Finnen
    5
    Einlasstank
    6
    Auslasstank
    7
    Einlassöffnung
    Stopper
    8
    Auslassöffnung
    9
    Ausbuchtungen
    10
    Mündungslinie (Ansatzlinie)
    10A
    Rohrboden
    11
    Einlassrohr
    12
    Düse
    13
    Düsenachse
    14
    kegelförmiger Abschnitt
    15
    O-Ring
    16
    Schelle
    17A–17H
    Düsenquerschnitte
    18
    Längsrippung
    D1–D5
    Durchmesser; Dicken
    A1–A4
    Querschnitts-Achsen
    H
    Horizontalkomponente
    V
    Vertikalkomponente

Claims (9)

  1. Heizwärmetauscher (1) für eine Klimatisierungsanlage in einem Kraftfahrzeug, umfassend – einen unteren Einlasstank (5) mit einer Einlassöffnung (7) zum Einleiten eines Heizfluids, – ein Einlassrohr (11), welches in zusammengebautem Zustand in die Einlassöffnung (7) hineinragt, – einen oberen Auslasstank (6) mit einer Auslassöffnung (8) zum Ausleiten des Heizfluids und – einen zwischen dem Einlasstank (5) und Auslasstank (6) angeordneten Kernabschnitt (2) mit einer Mehrzahl von zueinander beabstandeten Leitungsbahnen (3), welche den Einlasstank (5) und den Auslasstank (6) fluiddynamisch verbinden, dadurch gekennzeichnet, dass – im Einlassrohr (11) eine Düse (12) als Einsatzteil eingesetzt ist, welche in Einbaulage eine Einströmrichtung definiert, die dem durchströmenden Heizfluid aufgezwungen wird, und – diese Einströmrichtung und/oder die Düsenachse (13) gegenüber der durch die Leitungsbahnmündungen im Einlasstank (5) definierte Ansatzlinie (10) nach oben, schräg nach oben oder seitlich ausgerichtet ist und wobei sich der Strömungsquerschnitt vom Einlassrohr (11) bis zum Ausgang der Düse (12) verjüngt.
  2. Heizwärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – die Düse (12) einen sich verjüngenden Querschnitt in Einlassrichtung aufweist, – wobei die Düsenachse (13), welche durch die Linie durch den Mittelpunkt des Eingangsquerschnitts und den Mittelpunkt des Ausgangsquerschnitts der Düse (12) definiert wird, zur Ansatzlinie (10) der Leitungsbahnmündungen divergent ist.
  3. Heizwärmetauscher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt der Düse (12) wenigstens abschnittsweise kegelförmig verjüngt ist, wobei die Kegelachse zur Ansatzlinie (10) der Leitungsbahnmündungen divergent ist.
  4. Heizwärmetauscher nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse (12) einen Drall erzeugenden Zug (18) aufweist.
  5. Heizwärmetauscher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass – der Querschnitt der Düse (12) durch ein Achsenpaar einer längeren Achse (A1; A3) und einer senkrecht dazu stehenden kürzeren Achse (A2; A4) charakterisiert ist und – dieses Achsenpaar entlang der Strömungsrichtung an wenigstens zwei unterschiedlichen Positionen gegeneinander gedreht ist.
  6. Heizwärmetauscher nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einströmrichtung und/oder die Düsenachse (13) mit der Ansatzlinie (10) einen Winkel zwischen 2° und 20°, vorzugsweise zwischen 5° und 10° bildet.
  7. Heizwärmetauscher nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass – die Abweichung zwischen der Einströmrichtung und/oder der Düsenachse (13) von der Ansatzlinie (10) eine Horizontalkomponente (H) und eine Vertikalkomponente (V) aufweist, – wobei das Verhältnis dieser Horizontalkomponente (H) und dieser Vertikalkomponente (V) in einem Bereich zwischen 2:1 und 1:2 liegt.
  8. Heizwärmetauscher nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Flächenverhältnis von dem Querschnitt des Einlassrohres (11) und dem Ausgangsquerschnitt (17C, 17D, 17F, 17H) der Düse (12) in einem Bereich zwischen 0,2 und 0,5 liegt.
  9. Heizwärmetauscher nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite des Heizwärmetauschers (1) mindestens 160mm, vorzugsweise mindestens 180mm beträgt.
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