DE102020200079A1

DE102020200079A1 - Außenluftwärmeübertrager für ein Fahrzeug

Info

Publication number: DE102020200079A1
Application number: DE102020200079.4A
Authority: DE
Inventors: Jochen Westhäuser; Christof Böttcher; Jan-Christoph Albrecht; Carsten Wachsmuth; Christian Wengler
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2020-01-07
Filing date: 2020-01-07
Publication date: 2021-07-08

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Außenluftwärmeübertrager (40) für ein Fahrzeug (36).Es ist vorgesehen, dass ein Sammelrohr (44) des Außenluftwärmeübertragers (40) mit Kapillaren (46) versehen ist, so dass die Kapillarkraft die Abführung von Wasser (18) unterstützt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Außenluftwärmeübertrager für ein Fahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und ein Fahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 8.
Auf dem technischen Gebiet der Fahrzeuge ist es bekannt, Außenluftwärmeübertrager, häufig in Kombination mit Wärmepumpen, zur Klimatisierung eines Fahrzeugs zu verwenden. Ein bekanntes Problem stellt dabei die Anlagerung von Reif und Eis auf dem Außenluftwärmeübertrager dar, welches konventionell durch regelmäßiges Abtauen gelöst werden kann.
Beim Abtauen entsteht Schmelzwasser. Das Schmelzwasser muss vollständig abgeführt werden, damit es sich nicht im Bereich eines Lamellenpakets des Außenluftwärmeübertragers ansammelt. Andernfalls besteht die Gefahr, dass der Außenluftwärmeübertrager beim erneuten Gefrieren des angesammelten Schmelzwassers verblockt. Auch sonst ist eine möglichst vollständige Abführung des Schmelzwassers anzustreben, damit diese nicht am Lamellenpaket neu gefriert und die Wärmeübertragung behindert.
Exemplarische Wärmepumpensysteme mit Wärmeübertragern sind beispielsweise in der US 2016/0297283 A1 oder auch der US 10,207,564 B2 beschrieben.
Aus der US 2016/0018153 A1 ist ein Klimagerät für ein Fahrzeug bekannt.
Aus der US 9,995,534 B2 ist ein weiterer Wärmeübertrager bekannt, der in einem Enteisungsbetrieb verwendet werden kann, um eine Verblockung des Wärmeübertragers zu vermeiden.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Außenluftwärmeübertrager zu schaffen, bei dem Schmelzwasser besonders effektiv abgeführt werden kann.
Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche 1 und 8 gelöst. Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen und der Beschreibung genannten Merkmalen.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft einen Außenluftwärmeübertrager für ein Fahrzeug, umfassend ein zum Zwecke der Wärmeübertragung mit Außenluft durchströmbares Lamellenpaket, unterhalb dessen ein Sammelrohr zur Abführung von Wasser angeordnet ist.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Sammelrohr zumindest abschnittsweise mit Kapillaren versehen ist, um die Abführung des Wassers zu unterstützen.
Die Kapillaren können zum Beispiel in Form von feinen Rillen oder Kanälen an dem Sammelrohr vorgesehen sein. Zu deren Auslegung und Herstellung kann sich der Fachmann im Übrigen, aufgrund der hierin offenbarten Lehre, der grundlegenden Kenntnisse über die Kapillarkraft selbstständig bedienen.
Die Kapillaren bewirken eine deutlich schnellere und bessere Abführung von Wasser, beispielsweise Schmelzwasser, über das Sammelrohr.
Die Kapillarkraft zieht dabei das Wasser, gegebenenfalls zusätzlich zum Staudruck durch bereits angesammeltes Wasser, durch die Kapillaren. Die Kraft, die für das endgültige Abtropfen oder Ablaufen des Wassers, beziehungsweise dessen Austritt aus den Kapillaren, benötigt wird, kann durch den Staudruck des nachfließenden Wassers oder auch die Schwerkraft oder den Fahrtwind aufgebracht werden.
In bevorzugter Ausgestaltung des Außenluftwärmeübertragers der Erfindung ist vorgesehen, dass die Kapillaren an einer außenliegenden Oberfläche des Sammelrohrs vorgesehen sind.
Dies bietet sich an, da hier zusätzlich der Fahrtwind wirksam sein kann, um das Wasser abzuführen.
In weiterer bevorzugter Ausgestaltung des Außenluftwärmeübertragers der Erfindung ist vorgesehen, dass die Oberfläche zumindest abschnittsweise dem Lamellenpaket zugewandt ist.
Dies ermöglicht eine besonders schnelle Abführung des Wassers, da dieses nach dem Ablaufen aus dem Lamellenpaket direkt auf die Kapillaren gelangen kann.
In weiterer bevorzugter Ausgestaltung des Außenluftwärmeübertragers der Erfindung ist vorgesehen, dass die Kapillaren zumindest abschnittsweise umlaufend an der Oberfläche des Sammelrohrs vorgesehen sind.
Da das Wasser somit durch die Kapillarkraft um die Rohrkanten herumgezogen wird, kann es besonders gut abgeführt werden. Dies gilt insbesondere dann, wenn kein Fahrtwind auf das Wasser wirkt. Dieses kann auch dann, nach der Abführung durch die Kapillaren, effektiv an einer Unterseite des Sammelrohrs ablaufen oder abtropfen.
In weiterer bevorzugter Ausgestaltung des Außenluftwärmeübertragers der Erfindung ist vorgesehen, dass die Kapillaren an der gesamten Oberfläche des Sammelrohrs vorgesehen sind.
Die Abführung des Wassers wird so besonders effektiv unterstützt.
In weiterer bevorzugter Ausgestaltung des Außenluftwärmeübertragers der Erfindung ist vorgesehen, dass das Sammelrohr eine bauchige Querschnittsform aufweist.
Eine Wölbung kann dabei beispielsweise in etwa mittig am Sammelrohr ihren höchsten Punkt haben und nach vorn und hinten, beziehungsweise in Fahrtrichtung und entgegen der Fahrtrichtung, abfallen.
Durch die bauchige Querschnittsform wird das Abfließen des Wassers zusätzlich durch die Wirkung der Schwerkraft unterstützt.
In weiterer bevorzugter Ausgestaltung des Außenluftwärmeübertragers der Erfindung ist vorgesehen, dass die Querschnittsform rund oder elliptisch ist.
Solche Querschnittsformen lassen sich besonders gut herstellen, verarbeiten und montieren.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Fahrzeug, umfassend einen erfindungsgemäßen Außenluftwärmeübertrager gemäß der vorhergehenden Beschreibung.
Vorzugsweise handelt es sich bei dem Fahrzeug um ein Elektrofahrzeug.
Die verschiedenen in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinierbar.
Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

1 einen Außenluftwärmeübertrager nach dem Stand der Technik;
2 ein erfindungsgemäßes Fahrzeug;
3 einen erfindungsgemäßen Außenluftwärmeübertrager und
4 einen weiteren erfindungsgemäßen Außenluftwärmeübertrager.

1 zeigt einen Außenluftwärmeübertrager 10 für ein Fahrzeug nach dem Stand der Technik. Der Außenluftwärmeübertrager 10 umfasst eines oder mehrere Lamellenpakete 12, die auf vielfältige Weise gestaltet sein können. Seitlich ist der Außenluftwärmeübertrager 10 durch Flachrohre 14 begrenzt, wobei sich auch zwischen einzelnen Lamellen 16 solche Flachrohre 14 befinden können.
Muss der Außenluftwärmeübertrager 10 abgetaut werden, sammelt sich Schmelzwasser 18 zwischen den Lamellen 16 oder zwischen den Lamellen 16 und einem oder mehreren Flachrohren 14.
Zwar kann das Schmelzwasser 18 nach unten 20 abfließen und über ein dafür vorgesehenes Sammelrohr 22 nach vorne 24 oder hinten 26 abgeführt werden, jedoch bildet sich aufgrund der Trägheit dieser Vorgänge zunächst eine Wassersäule 28, die sich nach oben 30 aufstaut. Wird der Abtaubetrieb beendet, kann ein noch nicht abgeflossener Teil der Wassersäule 28 wieder gefrieren und den Außenluftwärmeübertrager 10 verblocken.
Die in 1 gezeigte prinzipskizzenhafte Darstellung zeigt den konventionellen Außenluftwärmeübertrager 10 in Ansicht von vorne 24, was zugleich einer Anströmrichtung 32 für Außenluft 34 entspricht.
Im Folgenden werden die beschriebenen Richtungsangaben und teils auch die prinziphaften Darstellungen entsprechend weiterverwendet.
2 zeigt ein erfindungsgemäßes Fahrzeug 36, vorliegend ein Elektrofahrzeug 38. Das Fahrzeug 36 umfasst einen in den nachfolgenden Figuren beschriebenen erfindungsgemäßen Außenluftwärmeübertrager 40.
3 zeigt den erfindungsgemäßen Außenluftwärmeübertrager 40 in einer ersten Ausführungsform.
Der Außenluftwärmeübertrager 40 umfasst, zum Zwecke der Wärmeübertragung, ein mit der Außenluft 34 durchströmbares Lamellenpaket 42. Unterhalb des Lamellenpakets 42 ist ein Sammelrohr 44 zur Abführung von Wasser 18 angeordnet.
Das Sammelrohr 44 weist Kapillaren 46 auf, die die Abführung des Wassers 18 unterstützen.
Die Kapillaren 46 haben hier die Form von feinen Rillen 48, die an dem Sammelrohr 44 hergestellt oder auf dieses aufgebracht sind.
Die Kapillarkraft der Kapillaren 46 zieht das Wasser 18 nach vorne 24 und nach hinten 26 und unterstützt dadurch dessen Abfließen. Ist das Fahrzeug 36 in Fahrt, so wirkt zusätzlich der Fahrtwind, beispielsweise nach hinten 26. Auch das aufgestaute Wasser 18 übt einen gewissen Staudruck auf das bereits in den Kapillaren 46 befindliche Wasser 18 aus.
Durch den Fahrtwind, den Staudruck oder auch die Schwerkraft kann das Wasser 18 dann endgültig aus den Kapillaren 46 heraus und von dem Sammelrohr 44 abfließen oder abtropfen und so in die Umgebung gelangen.
Bevorzugt sind die Kapillaren 46 an einer außenliegenden Oberfläche 50 des Sammelrohrs 44 vorgesehen. Im gezeigten Beispiel ist die Oberfläche 50 abschnittsweise dem Lamellenpaket 42 zugewandt.
4 zeigt einen weiteren erfindungsgemäßen Außenluftwärmeübertrager 40, der im Vergleich mit jenem aus 3 folgende zusätzliche Merkmale aufweist.
So sind die Kapillaren 46 in 4 zumindest abschnittsweise umlaufend an der Oberfläche 50 des Sammelrohrs 44 vorgesehen.
Das Wasser 18 wird somit durch die Kapillarkraft auch um Rohrkanten 52 des Sammelrohrs 44 herumgezogen.
In dem gezeigten Beispiel sind die Kapillaren 46 an der gesamten Oberfläche 50 des Sammelrohrs 44 vorgesehen.
In nicht detailliert gezeigten weiteren Ausgestaltungen der Beispiele aus den 3 und 4 kann das Sammelrohr 44 zusätzlich eine bauchige Querschnittsform 54 aufweisen. Diese ist durch die gestrichelte Linie in 4 lediglich prinziphaft angedeutet. Eine Wölbung der angedeuteten bauchigen Querschnittsform 54 kann dabei beispielsweise in Richtung nach hinten 26 und vorne 24 in etwa mittig am Sammelrohr 44 ihren höchsten Punkt haben. Der höchste Punkt entspricht hier der gestrichelten Linie der angedeuteten bauchigen Querschnittsform 54. Die Wölbung kann dann nach weiter vorne 24 und weiter hinten 26 wieder abfallen.
Bezugszeichenliste

10: Außenluftwärmeübertrager
12: Lamellenpaket
14: Flachrohr
16: Lamelle
18: Schmelzwasser
20: unten
22: Sammelrohr
24: vorne
26: hinten
28: Wassersäule
30: oben
32: Anströmrichtung
34: Außenluft
36: Fahrzeug
38: Elektrofahrzeug
40: Außenluftwärmeübertrager
42: Lamellenpaket
44: Sammelrohr
46: Kapillaren
48: Rillen
50: Oberfläche
52: Rohrkante
54: bauchige Querschnittsform

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 2016/0297283 A1 [0004]
US 10207564 B2 [0004]
US 2016/0018153 A1 [0005]
US 9995534 B2 [0006]

Claims

Außenluftwärmeübertrager (40) für ein Fahrzeug (36), umfassend ein zum Zwecke der Wärmeübertragung mit Außenluft (34) durchströmbares Lamellenpaket (42), unterhalb dessen ein Sammelrohr (44) zur Abführung von Wasser (18) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Sammelrohr (44) zumindest abschnittsweise mit Kapillaren (46) versehen ist, um die Abführung des Wassers (18) zu unterstützen.
Außenluftwärmeübertrager (40) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapillaren (46) an einer außenliegenden Oberfläche (50) des Sammelrohrs (44) vorgesehen sind.
Außenluftwärmeübertrager (40) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche (50) zumindest abschnittsweise dem Lamellenpaket (42) zugewandt ist.
Außenluftwärmeübertrager (40) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapillaren (46) zumindest abschnittsweise umlaufend an der Oberfläche (50) des Sammelrohrs (44) vorgesehen sind.
Außenluftwärmeübertrager (40) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapillaren (46) an der gesamten Oberfläche (50) des Sammelrohrs (44) vorgesehen sind.
Außenluftwärmeübertrager (40) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sammelrohr (44) eine bauchige Querschnittsform (54) aufweist.
Außenluftwärmeübertrager (40) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsform (54) rund oder elliptisch ist.
Fahrzeug (36), umfassend einen Außenluftwärmeübertrager (40) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.