DE102019209365A1

DE102019209365A1 - Wärmeübertrager zur Kühlung eines Kühlmittels mittels Umgebungsluft sowie Kühlungseinrichtung für ein Antriebsaggregat eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102019209365A1
Application number: DE102019209365.5A
Authority: DE
Inventors: Johann Berger
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2019-06-27
Filing date: 2019-06-27
Publication date: 2020-07-16

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager (1) zur Kühlung eines Kühlmittels mittels Umgebungsluft, mit einem Kühlmittelverteilkasten (2) und einem Kühlmittelsammelkasten (3), die über wenigstens eine einen zwischen dem Kühlmittelverteilkasten (2) und dem Kühlmittelsammelkasten (3) vorliegenden Umgebungsluftdurchtrittsraum (5) durchgreifende Kühlmittelleitung (4) strömungstechnisch aneinander angeschlossen sind, und mit einer Ausbringungseinrichtung (9) zur Ausbringung eines Verdunstungsmediums in den Umgebungsluftdurchtrittsraum (5). Dabei ist vorgesehen, dass die Ausbringungseinrichtung (9) zumindest eine an der wenigstens einen Kühlmittelleitung (4) angeordnete Ausbringungsleitung (10) aufweist, in der wenigstens eine Austrittsöffnung (13) für das Verdunstungsmedium ausgebildet ist. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Kühlungseinrichtung für ein Antriebsaggregat eines Kraftfahrzeugs.

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager zur Kühlung eines Kühlmittels mittels Umgebungsluft, mit einem Kühlmittelverteilkasten und einem Kühlmittelsammelkasten, die über wenigstens eine einen zwischen dem Kühlmittelverteilkasten und dem Kühlmittelsammelkasten vorliegenden Umgebungsluftdurchtrittsraum durchgreifende Kühlmittelleitung strömungstechnisch aneinander angeschlossen sind, und mit einer Ausbringungseinrichtung zur Ausbringung eines Verdunstungsmediums in den Umgebungsluftdurchtrittsraum. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Kühlungseinrichtung für ein Antriebsaggregat eines Kraftfahrzeugs.
Aus dem Stand der Technik ist zum Beispiel die Druckschrift DE 10 2017 209 735 A1 bekannt. Diese beschreibt eine Dosiervorrichtung zum Ausbringen eines Kühlmediums auf einen Kühler, wobei die Dosiervorrichtung ein Versorgungssystem mit mindestens einer Versorgungsleitung zum Transport des Kühlmediums und einer den Kühler umgebende Gitterstruktur umfasst, und wobei die mindestens eine Versorgungsleitung in die Gitterstruktur integriert ist, und wobei die Gitterstruktur mindestens einen Dosierbereich zum Verteilen des Kühlmediums auf den Kühler aufweist. Weiterhin beschreibt die Druckschrift US 2005/0199192 A1 ein Wärmemanagementsystem für ein elektrochemisches Antriebsaggregat eines Kraftfahrzeugs.
Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Wärmeübertrager zur Kühlung eines Kühlmittels mittels Umgebungsluft vorzuschlagen, welcher gegenüber bekannten Wärmeübertragern Vorteile aufweist, insbesondere eine besonders effektive Kühlung des Kühlmittels bei gleichzeitig kompakter Bauweise ermöglicht.
Dies wird mit einem Wärmeübertrager zur Kühlung eines Kühlmittels mittels Umgebungsluft mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. Dabei ist vorgesehen, dass die Ausbringungseinrichtung zumindest eine an der wenigstens einen Kühlmittelleitung angeordnete Ausbringungsleitung aufweist, in der wenigstens eine Austrittsöffnung für das Verdunstungsmedium ausgebildet ist.
Der Wärmeübertrager dient der Temperierung eines ersten Fluids mittels eines zweiten Fluids. Als erstes Fluid wird das Kühlmittel und als zweites Fluid die Umgebungsluft verwendet. Der Wärmeübertrager ist beispielsweise Bestandteil einer Kühlungseinrichtung beziehungsweise eines Kühlkreislaufs der Kühlungseinrichtung, in welcher das Kühlmittel zumindest zeitweise umgewälzt wird. Der Kühlmittelkreislauf liegt hierbei als geschlossener Kreislauf vor, sodass das Kühlmittel abgesehen von eventuell auftretenden Verlusten, insbesondere Leckageverlusten, in der Kühlungseinrichtung beziehungsweise dem Kühlkreislauf verbleibt.
Zur Kühlung des Kühlmittels wird die Umgebungsluft herangezogen. Hierbei wird der Wärmeübertrager zumindest zeitweise mit der Umgebungsluft angeströmt. Dies kann beispielsweise durch einen Fahrbetrieb eines Kraftfahrzeugs, welchem der Wärmeübertrager zugeordnet ist, insbesondere als Hauptkühler, oder durch das Betreiben eines Ventilators erfolgen. Der Wärmeübertrager kann stets zum Kühlen des Kühlmittels verwendet werden, sofern die Temperatur des Kühlmittels höher ist als die Temperatur der Umgebungsluft. Je größer die Temperaturdifferenz zwischen der Temperatur des Kühlmittels und der Temperatur der Umgebungsluft, desto effektiver erfolgt der Wärmeübergang von dem Kühlmittel auf die Umgebungsluft. Umgekehrt sinkt die Effektivität mit abnehmender Temperaturdifferenz.
Der Wärmeübertrager weist den Kühlmittelverteilkasten, den Kühlmittelsammelkasten sowie die wenigstens eine Kühlmittelleitung auf. Über die wenigstens eine Kühlmittelleitung sind der Kühlmittelverteilkasten und der Kühlmittelsammelkasten strömungstechnisch miteinander verbunden. Das zu kühlende Kühlmittel wird dem Kühlmittelverteilkasten zugeführt, aus welchem es in die Kühlmittelleitung eintritt und diese in Richtung des Kühlmittelsammelkastens durchströmt. Die wenigstens eine Kühlmittelleitung durchgreift den Umgebungsluftdurchtrittsraum, der zwischen dem Kühlmittelverteilkasten und dem Kühlmittelsammelkasten vorliegt. Der Umgebungsluftdurchtrittsraum wird zumindest zeitweise von der Umgebungsluft durchströmt, sodass das die Kühlmittelleitung durchströmende Kühlmittel während des Durchströmens der Kühlmittelleitung von der Umgebungsluft gekühlt wird. Nach dem Durchlaufen der Kühlmittelleitung tritt das nunmehr gekühlte Kühlmittel in den Kühlmittelsammelkasten ein und kann nachfolgend aus diesem entnommen werden.
Besonders bevorzugt liegen selbstverständlich mehrere Kühlmittelleitungen vor, welche strömungstechnisch parallel zueinander angeordnet sind und somit jeweils den Kühlmittelverteilkasten und den Kühlmittelsammelkasten strömungstechnisch miteinander verbinden. Die mehreren Kühlmittelleitungen durchgreifen jeweils den Umgebungsluftdurchtrittsraum und liegen insoweit zwischen dem Kühlmittelverteilkasten und dem Kühlmittelsammelkasten vor. Die Kühlmittelleitungen verlaufen vorzugsweise durchgehend parallel zueinander, nämlich ausgehend von dem Kühlmittelverteilkasten bis hin zu dem Kühlmittelsammelkasten. Weiter bevorzugt ist die wenigstens eine Kühlmittelleitung beziehungsweise sind die mehreren Kühlmittelleitungen jeweils durchgehend gerade.
Um auch bei niedrigen Temperaturen des Kühlmittels beziehungsweise bei einer geringen Temperaturdifferenz zwischen der Temperatur des Kühlmittels und der Temperatur der Umgebungsluft eine hinreichende Kühlung des Kühlmittels sicherzustellen, ist die Ausbringungseinrichtung vorgesehen. Mithilfe der Ausbringungseinrichtung wird zumindest zeitweise das Verdunstungsmedium in den Umgebungsluftdurchtrittsraum ausgebracht. Als Verdunstungsmedium wird beispielsweise Wasser verwendet. Auch ein anderes Fluid kann jedoch zum Einsatz kommen. Auch kann dem Wasser oder dem Fluid ein Zusatzstoff beigemengt werden, beispielsweise ein Zusatzstoff, der ein Verdunsten des Wassers beziehungsweise des Fluids begünstigt.
Der Wärmeübertrager kann derart ausgestaltet sein, dass das Verdunstungsmedium nach dem Einbringen in den Umgebungsluftdurchtrittsraum zusammen mit der Umgebungsluft abgeführt wird, nämlich in eine Außenumgebung des Wärmeübertragers. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass das ausgebrachte Verdunstungsmedium zumindest teilweise, insbesondere vollständig oder zumindest nahezu vollständig, nach dem Ausbringen in den Umgebungsluftdurchtrittsraum zurückgewonnen wird. Hierzu ist ein Abscheider in dem Umgebungsluftdurchtrittsraum oder - bezogen auf eine Hauptströmungsrichtung der Umgebungsluft durch den Umgebungsluftdurchtrittsraum - stromabwärts des Umgebungsluftdurchtrittsraums angeordnet. Mithilfe des Abscheiders kann das Verdunstungsmedium aus der Umgebungsluft abgeschieden und erneut der Ausbringungseinrichtung zugeführt werden.
Die Ausbringungseinrichtung weist die zumindest eine Ausbringungsleitung auf, durch welche das Verdunstungsmedium dem Umgebungsluftdurchtrittsraum zugeführt wird. In der Ausbringungsleitung ist die wenigstens eine Austrittsöffnung ausgebildet, durch welche das Verdunstungsmedium aus der Ausbringungsleitung in den Umgebungsluftdurchtrittsraum austreten kann. Sofern im Rahmen dieser Beschreibung von der wenigstens einen Kühlmittelleitung die Rede ist, so gelten die jeweiligen Ausführungen für genau eine Kühlmittelleitung oder alternativ mehrere Kühlmittelleitungen. Die Ausführungen sind in letzterem Fall auf jede einzelne der mehreren Kühlmittelleitungen anwendbar. Das gleiche gilt für die zumindest eine Ausbringungsleitung.
Die Austrittsöffnung kann beispielsweise als runde Bohrung ausgestaltet sein, also in Richtung ihrer Längsmittelachse einen konstanten Durchmesser aufweisen. Sie kann jedoch auch düsenförmig ausgestaltet sein, wozu sich ihr Durchströmungsquerschnitt ausgehend von einem Innenraum der Ausbringungsleitung in Richtung der Außenumgebung beziehungsweise des Umgebungsluftdurchtrittsraums verringert. Das durch die Austrittsöffnung austretende Verdunstungsmedium wird insoweit während des Hindurchtretens durch die Austrittsöffnung beschleunigt. Die Austrittsöffnung kann beispielsweise zur Ausbildung eines Strahls oder eines Sprays aus dem Verdunstungsmedium in dem Umgebungsluftdurchtrittsraum vorgesehen und ausgebildet sein. In ersterem Fall erzeugt die Austrittsöffnung einen kontinuierlichen Strahl aus dem Verdunstungsmedium, in letzterem Fall zerstäubt es das Verdunstungsmedium bei dem Austreten in den Umgebungsluftdurchtrittsraum.
Besonders bevorzugt ist die Austrittsöffnung derart angeordnet und/oder ausgerichtet, dass das durch die Austrittsöffnung austretende Verdunstungsmedium auf die Kühlmittelleitung, eine zusätzlich zu der Kühlmittelleitung vorliegende weitere Kühlmittelleitung und/oder ein mit der Kühlmittelleitung und/oder der weiteren Kühlmittelleitung wärmeübertragend verbundenes Wärmeübertragungselement trifft. Das Wärmeübertragungselement liegt vorzugsweise zwischen der Kühlmittelleitung und der weiteren Kühlmittelleitung vor und ist jeweils an ihnen befestigt. Beispielsweise verläuft das Wärmeübertragungselement mäanderförmig zwischen der Kühlmittelleitung und der weiteren Kühlmittelleitung hin und her, sodass das Wärmeübertragungselement abwechselnd an der Kühlmittelleitung und der weiteren Kühlmittelleitung anliegt beziehungsweise befestigt ist. Vorzugsweise erstreckt sich das Wärmeübertragungselement von dem Kühlmittelverteilkasten bis hin zu dem Kühlmittelsammelkasten oder zumindest über einen Großteil dieser Strecke, also beispielsweise zumindest 50%, mindestens 75% oder mindestens 90%.
Um eine besonders kompakte Ausgestaltung des Wärmeübertragers zu erzielen, ist die zumindest eine Ausbringungsleitung an der Kühlmittelleitung angeordnet. Die Ausbringungsleitung liegt also zumindest an der Kühlmittelleitung an. Besonders bevorzugt liegt die Ausbringungsleitung über die gesamte Erstreckung zwischen dem Kühlmittelverteilkasten und dem Kühlmittelsammelkasten an der Kühlmittelleitung an. Die Ausbringungsleitung kann an der Kühlmittelleitung befestigt sein. Bevorzugt ist die Ausbringungsleitung wärmeübertragend mit der Kühlmittelleitung verbunden, sodass das in der Kühlmittelleitung vorliegende Kühlmittel nicht nur mittels der Umgebungsluft, sondern zusätzlich mittels des in der Ausbringungsleitung vorliegenden Verdunstungsmediums gekühlt wird.
Beispielsweise ist die Ausbringungsleitung stoffschlüssig mit der Kühlmittelleitung verbunden, beispielsweise lediglich punktuell, also an lediglich einer Befestigungsstelle oder mehreren voneinander beabstandeten Befestigungsstellen, oder - besonders bevorzugt - durchgehend über die gesamte Erstreckung von dem Kühlmittelverteilkasten bis zu dem Kühlmittelsammelkasten. Die stoffschlüssige Verbindung ist beispielsweise durch Kleben, Löten oder Schweißen hergestellt. Die Kühlmittelleitung besteht beispielsweise aus Kunststoff oder bevorzugt aus Metall. Die Ausbringungsleitung kann aus demselben Material bestehen wie die Kühlmittelleitung. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die Ausbringungsleitung aus einem Material besteht, welches einen niedrigeren Wärmeleitkoeffizienten aufweist als das Material der Kühlmittelleitung. Es kann insoweit beispielsweise vorgesehen sein, dass die Kühlmittelleitung aus Metall und die Ausbringungsleitung aus Kunststoff besteht. Als Metall für die Kühlmittelleitung und/oder die Ausbringungsleitung kommt beispielsweise Aluminium zum Einsatz. Die Ausbringungsleitung wird zum Beispiel durch Spritzgießen, 3D-Drucken oder Extrudieren hergestellt.
Während des Betriebs des Wärmeübertragers wird zum Kühlen des Kühlmittels zumindest zeitweise Umgebungsluft durch den Umgebungsluftdurchtrittsraum hindurchgeführt. Zusätzlich wird zumindest zeitweise das Verdunstungsmedium über die Ausbringungsleitung der Austrittsöffnung zugeführt und über diese in den Umgebungsluftdurchtrittsraum ausgebracht. Vorzugsweise werden/wird hierbei die Kühlmittelleitung und/oder die weitere Kühlmittelleitung mit dem Verdunstungsmedium benetzt. Hierdurch wird zum einen ein verbesserter Wärmeübergang erzielt und zum anderen das Kühlmittel durch ein Verdunsten des Verdunstungsmediums weiter gekühlt. Zudem befeuchtet das Verdunstungsmedium die in dem Umgebungsluftdurchtrittsraum vorliegende Umgebungsluft, sodass sich die Kühlleistung des Wärmeübertragers für das Kühlmittel weiter erhöht.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Ausbringungsleitung einerseits an einen Verdunstungsmediumverteilkasten strömungstechnisch angeschlossen ist, der an dem Kühlmittelverteilkasten angeordnet ist. Der Verdunstungsmediumverteilkasten dient einer Beaufschlagung der Ausbringungsleitung mit dem Verdunstungsmedium. Hierzu verfügt der Verdunstungsmediumverteilkasten über einen Verdunstungsmediumeinlass beziehungsweise -anschluss. Über den Verdunstungsmediumeinlass wird dem Verdunstungsmediumverteilkasten das Verdunstungsmedium zugeführt, aus welchem es wiederum in die Ausbringungsleitung gelangt.
Vorzugsweise liegen mehrere Ausbringungsleitungen vor, welche jeweils einerseits an den Verdunstungsmediumverteilkasten angeschlossen sind. Der Verdunstungsmediumverteilkasten verteilt insoweit das über den Verdunstungsmediumeinlass zugeführte Verdunstungsmedium auf die mehreren Ausbringungsleitungen. Der Verdunstungsmediumverteilkasten ist an dem Kühlmittelverteilkasten angeordnet, insbesondere liegt er an diesem an. Es kann vorgesehen sein, dass der Verdunstungsmediumverteilkasten einstückig und/oder materialeinheitlich mit dem Kühlmittelverteilkasten ausgebildet ist. Hierdurch wird eine besonders kompakte Ausgestaltung erzielt.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Ausbringungsleitung andererseits strömungstechnisch verschlossen oder an einen Verdunstungsmediumsammelkasten angeschlossen ist, der an dem Kühlmittelsammelkasten angeordnet ist. Auf ihrer dem Verdunstungsmediumverteilkasten abgewandten Seite ist die zumindest eine Ausbringungsleitung insoweit entweder verschlossen oder an den Verdunstungsmediumsammelkasten angeschlossen. Das Verschließen der Ausbringungsleitung kann beispielsweise durch ein endseitiges Anliegen beziehungsweise Befestigen der zumindest einen Ausbringungsleitung an den Kühlmittelsammelkasten realisiert sein. In anderen Worten verschließt der Kühlmittelsammelkasten die zumindest eine Ausbringungsleitung endseitig.
Alternativ ist die Ausbringungsleitung auf ihrer dem Verdunstungsmediumverteilkasten strömungstechnisch abgewandten Seite an den Verdunstungsmediumsammelkasten strömungstechnisch angeschlossen, sodass Verdunstungsmedium, welches nicht durch die wenigstens eine Austrittsöffnung in den Umgebungsluftdurchtrittsraum ausgebracht wurde, in den Verdunstungsmediumsammelkasten eintritt. Aus diesem kann es abgeführt werden und erneut dem Verdunstungsmediumverteilkasten zugeführt werden. Insoweit kann eine Zirkulation des Verdunstungsmediums erfolgen. Dies kann beispielsweise sinnvoll sein, um ein hohes Druckniveau in der Ausbringungsleitung einzustellen, ohne gleichzeitig eine große Druckdifferenz über die Ausbringungsleitung zu bewirken. Der Verdunstungsmediumsammelkasten ist an dem Kühlmittelsammelkasten angeordnet, insbesondere an ihm befestigt. Beispielsweise ist der Verdunstungsmediumsammelkasten einstückig und/oder materialeinheitlich mit dem Kühlmittelsammelkasten ausgebildet. Hierdurch wird wiederum eine besonders kompakte Ausgestaltung des Wärmeübertragers erzielt.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Verdunstungsmediumverteilkasten einen Verdunstungsmediumeinlass aufweist und/oder der Verdunstungsmediumsammelkasten abseits der zumindest einen Ausbringungsleitung verschlossen ist. Auf das Vorliegen des Verdunstungsmediumeinlasses an dem Verdunstungsmediumverteilkasten wurde bereits hingewiesen. Er dient dem Zuführen des Verdunstungsmediums in den Verdunstungsmediumverteilkasten. Zusätzlich oder alternativ ist der Verdunstungsmediumsammelkasten fluidtechnisch verschlossen. Das Verdunstungsmedium kann ihm insoweit lediglich durch die zumindest eine Ausbringungsleitung zugeführt oder entnommen werden. Besonders bevorzugt weist der Verdunstungsmediumsammelkasten jedoch einen Verdunstungsmediumauslass auf, welcher von der zumindest einen Ausbringungsleitung verschieden ist. Über den Verdunstungsmediumauslass kann das in dem Verdunstungsmediumsammelkasten vorliegende Verdunstungsmedium entnommen werden. Beispielsweise wird es anschließend erneut dem Verdunstungsmediumverteilkasten zugeführt. Hierdurch kann ein besonders effektives Kühlen des Kühlmittels mittels des Wärmeübertragers erfolgen.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Verdunstungsmediumverteilkasten mindestens 50% oder mindestens 75% des strömungstechnischen Volumens des Kühlmittelverteilkastens oder mindestens das gleiche strömungstechnische Volumen wie der Kühlmittelverteilkasten aufweist und/oder dass der Verdunstungsmediumsammelkasten mindestens 50% oder mindestens 75% des strömungstechnischen Volumens des Kühlmittelsammelkastens oder mindestens das gleiche strömungstechnische Volumen wie der Kühlmittelsammelkasten aufweist. Das strömungstechnische Volumen des Verdunstungsmediumverteilkastens beziehungsweise des Verdunstungsmediumsammelkastens ist also zumindest in der gleichen Größenordnung wie das strömungstechnische Volumen des Kühlmittelverteilkastens beziehungsweise des Kühlmittelsammelkastens. Dies stellt sicher, dass stets ein effizientes Beaufschlagen der zumindest einen Ausbringungsleitung mit dem Verdunstungsmedium erfolgt.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die wenigstens eine Kühlmittelleitung und die zumindest eine Ausbringungsleitung einstückig miteinander ausgebildet sind und als Kammern einer Mehrkammerleitung vorliegen. Die Kühlmittelleitung und die Ausbringungsleitung werden also gemeinsam von der Mehrkammerleitung gebildet. Im Querschnitt gesehen liegt die Kühlmittelleitung als eine erste Kammer der Mehrkammerleitung und die Ausbildungsleitung als eine zweite Kammer der Mehrkammerleitung vor. Die Mehrkammerleitung erstreckt sich von dem Kühlmittelverteilkasten bis hin zu dem Kühlmittelsammelkasten. Die Mehrkammerleitung bildet vorzugsweise jeweils genau eine Kühlmittelleitung und eine oder mehrere Ausbringungsleitung aus.
Weist die Mehrkammerleitung mehrere Ausbringungsleitungen auf, so sind diese vorzugsweise auf gegenüberliegenden Seiten der Kühlmittelleitung an dieser angeordnet. Besonders bevorzugt weist jede Mehrkammerleitung jedoch genau eine Kühlmittelleitung und genau eine Ausbringungsleitung auf. Vorzugsweise verfügt der Wärmeübertrager über mehrere Mehrkammerleitungen, welche beabstandet voneinander angeordnet sind und insbesondere parallel zueinander vorliegen. Jede der Mehrkammerleitungen bildet nun wenigstens eine von mehreren Kühlmittelleitungen und wenigstens eine von mehreren Ausbringungsleitungen aus. Aufgrund der Ausgestaltung der Kühlmittelleitung und der Ausbringungsleitung als Mehrkammerleitung sind sie einstückig miteinander ausgebildet. Bevorzugt ist zudem eine materialeinheitliche Ausgestaltung der Kühlmittelleitung und der Ausbringungsleitung realisiert. Hierdurch wird eine besonders kompakte Ausgestaltung des Wärmeübertragers erzielt.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die wenigstens eine Kühlmittelleitung im Querschnitt gesehen einen größeren Durchströmungsquerschnitt aufweist als die zumindest eine Ausbringungsleitung. Die Kühlmittelleitung ist insoweit für einen größeren Durchsatz vorgesehen als die Ausbringungsleitung. Entsprechend wird eine besonders effektive Kühlung des Kühlmittels erzielt. Alternativ kann es selbstverständlich vorgesehen sein, dass die Kühlmittelleitung und die Ausbringungsleitung gleich große oder zumindest ähnlich große Durchströmungsquerschnitte aufweisen. Unter letzterem ist insbesondere zu verstehen, dass die Durchströmungsquerschnitte beziehungsweise ihre Durchströmungsquerschnittsflächen um höchstens 25 %, höchstens 15 %, höchstens 10 % oder höchstens 5 % voneinander abweichen.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die zumindest eine Ausbringungsleitung bezüglich einer Hauptströmungsrichtung der Umgebungsluft stromaufwärts der wenigstens einen Kühlmittelleitung angeordnet ist und sich im Querschnitt gesehen in stromaufwärtige Richtung verjüngt. Die Ausbringungsleitung verjüngt sich insoweit entgegen der Hauptströmungsrichtung der Umgebungsluft, sodass strömungsbedingte Verluste und/oder eine Erhöhung der Turbulenz in der Umgebungsluft vermieden werden. Beispielsweise ist die Ausbringungsleitung im Querschnitt gesehen dreieckig oder kreissegmentförmig. Auf ihrer der Kühlmittelleitung abgewandten Seite weist die Ausbringungsleitung insoweit im Querschnitt gesehen eine durchgehende Kante auf, wodurch der Wärmeübertrager besonders strömungsgünstig ausgestaltet ist. Alternativ kann selbstredend im Querschnitt auch eine andere Ausgestaltung der Ausbringungsleitung vorliegen, beispielsweise eine symmetrische Ausgestaltung, insbesondere eine Ausgestaltung in Rechteckform oder in Kreisform.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die wenigstens eine Austrittsöffnung auf einer ersten Seite einer eine Längsmittelachse der zumindest einen Ausbringungsleitung und eine Längsmittelachse der wenigstens einen Kühlmittelleitung aufnehmenden gedachten Ebene angeordnet ist, und dass die zumindest eine Ausbringungsleitung wenigstens eine weitere Austrittsöffnung aufweist, die auf einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite der gedachten Ebene vorliegt. Die Längsmittelachse der Kühlmittelleitung erstreckt sich von dem Kühlmittelverteilkasten bis zu dem Kühlmittelsammelkasten; die Längsmittelachse der Ausbringungsleitung von dem Verdunstungsmediumverteilkasten bis hin zu dem Verdunstungsmediumsammelkasten (sofern vorhanden). Die beiden Längsmittelachsen liegen jeweils in der gedachten Ebene. Bevorzugt teilt die gedachte Ebene die Ausbringungsleitung im Querschnitt gesehen in zwei deckungsgleiche Teile auf.
Die Austrittsöffnung liegt auf der ersten Seite der gedachten Ebene vor, die weitere Austrittsöffnung auf der zweiten Seite. Insoweit liegt die Austrittsöffnung beispielsweise in Einbaulage des Wärmeübertragers geodätisch höher als weitere Austrittsöffnung. In Einbaulage gesehen liegt die Austrittsöffnung also beispielsweise oben an der Ausbringungsleitung und die weitere Austrittsöffnung unten an ihr vor. Besonders bevorzugt ist die wenigstens eine Austrittsöffnung oder die wenigstens eine weitere Austrittsöffnung an einem in Einbaulage des Wärmeübertragers geodätisch tiefsten Punkt der zumindest einen Ausbringungsleitung angeordnet. Hierdurch wird ein Austreten des Verdunstungsmediums aus der Ausbringungsleitung bei einer Außerbetriebnahme des Wärmeübertragers gewährleistet, sodass nach einem Betriebsende des Wärmeübertragers kein Verdunstungsmedium in der Ausbringungsleitung verbleibt. Hierdurch werden Frostschäden und dergleichen vermieden.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Kühlungseinrichtung für ein Antriebsaggregat eines Kraftfahrzeugs, mit einem Wärmeübertrager zur Kühlung eines Kühlmittels mittels Umgebungsluft, insbesondere mit einem Wärmeübertrager gemäß den Ausführungen im Rahmen dieser Beschreibung, wobei der Wärmeübertrager über einen Kühlmittelverteilkasten und einen Kühlmittelsammelkasten, die über wenigstens eine einen zwischen dem Kühlmittelverteilkasten und dem Kühlmittelsammelkasten vorliegenden Umgebungsluft Durchtrittsraum durchgreifende Kühlmittelleitung strömungstechnisch aneinander angeschlossen sind, und über eine Ausbringungseinrichtung zur Ausbringung eines Verdichtungsmediums in den Umgebungsluftdurchtrittsraum verfügt. Dabei ist vorgesehen, dass die Ausbringungseinrichtung zumindest eine an der wenigstens einen Kühlmittelleitung angeordnete Ausbringungsleitung aufweist, in der wenigstens eine Austrittsöffnung für das Verdunstungsmedium ausgebildet ist.
Auf die Vorteile einer derartigen Ausgestaltung des Wärmeübertragers beziehungsweise der Kühlungseinrichtung wurde bereits eingegangen. Sowohl der Wärmeübertrager als auch die Kühlungseinrichtung können gemäß den Ausführungen im Rahmen dieser Beschreibung weitergebildet sein, sodass insoweit auf diese verwiesen wird.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert, ohne dass eine Beschränkung der Erfindung erfolgt. Dabei zeigt:

1 eine schematische Darstellung eines Wärmeübertragers zur Kühlung eines Kühlmittels mittels Umgebungsluft,
2 eine schematische Schnittdarstellung durch den Wärmeübertrage, sowie
3 eine schematische Detaildarstellung eines Bereichs des Wärmeübertragers.

Die 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Wärmeübertragers 1 zur Kühlung eines Kühlmittels mittels Umgebungsluft. Der Wärmeübertrager 1 weist einen Kühlmittelverteilkasten 2 und einen Kühlmittelsammelkasten 3 auf, welche durch mehrere Kühlmittelleitungen 4 (lediglich teilweise gekennzeichnet) strömungstechnisch miteinander verbunden sind. Zwischen dem Kühlmittelverteilkasten 2 und dem Kühlmittelsammelkasten 3 liegt ein Umgebungsluftdurchtrittsraum 5 vor, durch welchen zumindest zeitweise während eines Betriebs des Wärmeübertragers 1 Umgebungsluft hindurchtritt. Die Kühlmittelleitungen 4 erstrecken sich durch den Umgebungsluftdurchtrittsraum 5 hindurch. Sie sind beabstandet voneinander angeordnet und verlaufen vorzugsweise durchgehend parallel zueinander.
Ebenfalls in dem Umgebungsluftdurchtrittsraum 5 liegen Wärmeübertragungselemente 6 vor, welche hier lediglich teilweise gekennzeichnet sind. Die Wärmeübertragungselemente 6 verlaufen mäanderförmig zwischen jeweils zwei der Kühlmittelleitungen 4. Sie bestehen vorzugsweise aus einem dünnen Blech, welches wärmeübertragend mit den Kühlmittelleitungen 4 verbunden ist. Zumindest zeitweise wird dem Kühlmittelverteilkasten 2 Kühlmittel zugeführt, nämlich über einen Kühlmitteleinlass 7. Das Kühlmittel gelangt anschließend aus dem Kühlmittelverteilkasten 2 über die Kühlmittelleitungen 4 in den Kühlmittelsammelkasten 3 und kann aus diesem über einen Kühlmittelauslass 8 entnommen werden.
Zusätzlich verfügt der Wärmeübertrager 1 über eine Ausbringungseinrichtung 9 zur Ausbringung eines Verdunstungsmediums in den Umgebungsluftdurchtrittsraum 5. Die Ausbringungseinrichtung 9 verfügt wiederum über mehrere Ausbringungsleitungen 10, von welchen wiederum lediglich einige gekennzeichnet sind. Jede der Ausbringungsleitungen 10 ist an einer der Kühlmittelleitungen 4 angeordnet und befestigt. Die Ausbringungsleitungen 10 erstrecken sich jeweils von einem Verdunstungsmediumverteilkasten 11 bis hin zu einem Verdunstungsmediumsammelkasten 12. Der Verdunstungsmediumverteilkasten 11 ist an dem Kühlmittelverteilkasten 2 angeordnet, der Verdunstungsmediumsammelkasten 12 an dem Kühlmittelsammelkasten 3. In jeder der Ausbringungsleitungen 10 ist jeweils wenigstens eine Austrittsöffnung 13 (hier nicht erkennbar) für das Verdunstungsmedium ausgebildet. Angedeutet sind Schnittmarken X sowie ein Ausschnitt 14, auf welche nachfolgend eingegangen werden wird.
Die 2 zeigt eine Schnittdarstellung durch den Wärmeübertrager 1 entlang der Schnittmarken X-X. Deutlich erkennbar sind nun die mehreren Austrittsöffnungen 13 in den Ausbringungsleitungen 10, von welchen lediglich einige mit Bezugszeichen versehen sind. Ebenso wird deutlich, dass jeweils eine der Kühlmittelleitungen 4 und eine der Ausbringungsleitungen 9 einstückig und materialeinheitlich miteinander ausgestaltet sind und insoweit als Mehrkammerleitung 15 vorliegen.
Die 3 zeigt eine schematische Detaildarstellung eines Bereichs des Wärmeübertragers 1, nämlich gemäß dem Ausschnitt 14. Eine Hauptströmungsrichtung der Umgebungsluft ist durch die Pfeile 16 angedeutet, eine Austrittsrichtung des Verdunstungsmediums durch die Austrittsöffnungen 13 durch die Pfeile 17. Es ist deutlich erkennbar, dass die Ausbringungsleitungen 10 bezüglich einer Hauptströmungsrichtung der Umgebungsluft stromaufwärts der jeweiligen Kühlmittelleitung 4 angeordnet sind. Zudem verjüngen sich die Ausbringungsleitungen 10 entgegen der Hauptströmungsrichtung, also in stromaufwärtige Richtung. Hierdurch ist eine besonders strömungsgünstige Ausgestaltung des Wärmeübertragers 1 realisiert.
Weiterhin ist erkennbar, dass die Austrittsöffnungen 13 in einer in Einbaulage des Wärmeübertragers 1 geodätisch oberen Seite der Ausbringungsleitung 10 ausgebildet sind. Jede der Ausbringungsleitungen 10 weist zusätzlich weitere Austrittsöffnungen 18 auf, welche auf einer geodätisch unteren Seite vorliegen. Durch die Austrittsöffnungen 13 und 18 kann insoweit aus jeder der Ausbringungsleitungen 10 das Verdunstungsmedium in gegenüberliegende Richtungen ausgebracht werden.
Die beschriebene Ausgestaltung des Wärmeübertragers 1 hat den Vorteil, dass ein äußerst effektives Kühlen des Kühlmittels erzielt wird, indem das Verdunstungsmedium in den Umgebungsluftdurchtrittsraum 5 eingebracht wird. Gleichzeitig ist eine besonders kompakte und platzsparende Ausgestaltung des Wärmeübertragers 1 umgesetzt.
Bezugszeichenliste

1: Wärmeübertrager
2: Kühlmittelverteilkasten
3: Kühlmittelsammelkasten
4: Kühlmittelleitung
5: Umgebungsluftdurchtrittsraum
6: Wärmeübertragungselemente
7: Kühlmitteleinlass
8: Kühlmittelauslass
9: Ausbringungseinrichtung
10: Ausbringungsleitung
11: Verdunstungsmediumverteilkasten
12: Verdunstungsmediumsammelkasten
13: Austrittsöffnung
14: Ausschnitt
15: Mehrkammerleitung
16: Pfeile
17: Pfeile
18: Austrittsöffnung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102017209735 A1 [0002]
US 2005/0199192 A1 [0002]

Claims

Wärmeübertrager (1) zur Kühlung eines Kühlmittels mittels Umgebungsluft, mit einem Kühlmittelverteilkasten (2) und einem Kühlmittelsammelkasten (3), die über wenigstens eine einen zwischen dem Kühlmittelverteilkasten (2) und dem Kühlmittelsammelkasten (3) vorliegenden Umgebungsluftdurchtrittsraum (5) durchgreifende Kühlmittelleitung (4) strömungstechnisch aneinander angeschlossen sind, und mit einer Ausbringungseinrichtung (9) zur Ausbringung eines Verdunstungsmediums in den Umgebungsluftdurchtrittsraum (5), dadurch gekennzeichnet, dass die Ausbringungseinrichtung (9) zumindest eine an der wenigstens einen Kühlmittelleitung (4) angeordnete Ausbringungsleitung (10) aufweist, in der wenigstens eine Austrittsöffnung (13) für das Verdunstungsmedium ausgebildet ist.
Wärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausbringungsleitung (10) einerseits an einen Verdunstungsmediumverteilkasten (11) strömungstechnisch angeschlossen ist, der an dem Kühlmittelverteilkasten (2) angeordnet ist.
Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausbringungsleitung (10) andererseits strömungstechnisch verschlossen oder an einen Verdunstungsmediumsammelkasten (12) angeschlossen ist, der an dem Kühlmittelsammelkasten (3) angeordnet ist.
Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdunstungsmediumverteilkasten (11) einen Verdunstungsmediumeinlass aufweist und/oder der Verdunstungsmediumsammelkasten (12) abseits der zumindest einen Ausbringungsleitung (10) verschlossen ist.
Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdunstungsmediumverteilkasten (12) mindestens 50 % oder mindestens 75 % des strömungstechnischen Volumens des Kühlmittelverteilkastens (2) oder mindestens das gleiche strömungstechnische Volumen wie der Kühlmittelverteilkasten (2) aufweist, und/oder dass der Verdunstungsmediumsammelkasten (12) mindestens 50 % oder mindestens 75 % des strömungstechnischen Volumens des Kühlmittelsammelkastens (3) oder mindestens das gleiche strömungstechnische Volumen wie der Kühlmittelsammelkasten (3) aufweist.
Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Kühlmittelleitung (4) und die zumindest eine Ausbringungsleitung (10) einstückig miteinander ausgebildet sind und als Kammern einer Mehrkammerleitung (15) vorliegen.
Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Kühlmittelleitung (4) im Querschnitt gesehen einen größeren Durchströmungsquerschnitt aufweist als die zumindest eine Ausbringungsleitung (10).
Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Ausbringungsleitung (10) bezüglich einer Hauptströmungsrichtung der Umgebungsluft stromaufwärts der wenigstens einen Kühlmittelleitung (4) angeordnet ist und sich im Querschnitt gesehen in stromaufwärtiger Richtung verjüngt.
Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Austrittsöffnung (13) auf einer ersten Seite einer eine Längsmittelachse der zumindest einen Ausbringungsleitung (10) und eine Längsmittelachse der wenigstens einen Kühlmittelleitung (4) aufnehmenden gedachten Ebene angeordnet ist, und dass die zumindest eine Ausbringungsleitung (10) wenigstens eine weitere Austrittsöffnung (18) aufweist, die auf einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite der gedachten Ebene vorliegt.
Kühlungseinrichtung für ein Antriebsaggregat eines Kraftfahrzeugs, mit einem Wärmeübertrager (1) zur Kühlung eines Kühlmittels mittels Umgebungsluft, insbesondere mit einem Wärmeübertrager (1) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Wärmeübertrager (1) über einen Kühlmittelverteilkasten (2) und einen Kühlmittelsammelkasten (3), die über wenigstens eine einen zwischen dem Kühlmittelverteilkasten (2) und dem Kühlmittelsammelkasten (3) vorliegenden Umgebungsluftdurchtrittsraum (5) durchgreifende Kühlmittelleitung (4) strömungstechnisch aneinander angeschlossen sind, und über eine Ausbringungseinrichtung (9) zur Ausbringung eines Verdunstungsmediums in dem Umgebungsluftdurchtrittsraum (5) verfügt, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausbringungseinrichtung (9) zumindest eine an der wenigstens einen Kühlmittelleitung (4) angeordnete Ausbringungsleitung (10) aufweist, in der wenigstens eine Austrittsöffnung (13) für das Verdunstungsmedium ausgebildet ist.