DE102022111594A1

DE102022111594A1 - Wärmetauscher-Anordnung für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102022111594A1
Application number: DE102022111594.1A
Authority: DE
Inventors: Tobias Duffe; Christian Jolk; Maximilian Klein; Thomas Nitsche; Morten Pyroth
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2022-05-10
Filing date: 2022-05-10
Publication date: 2023-11-16
Also published as: CN117029529A; US20230366631A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Wärmetauscher-Anordnung (1) für ein Kraftfahrzeug (20), aufweisend einen Wärmetauscher (2) mit wenigstens einem Einlasstank (3) und wenigstens einem Auslasstank (4) für ein Fluid, welche durch eine Mehrzahl von Tauscherrohren (6) eines sich entlang einer Querachse (Y) sowie einer Hochachse (Z) erstreckenden Tauscherkerns (5) verbunden sind, von denen jedes einen Fluid-Durchtrittsweg (8) für Fluid bildet, wobei zwischen benachbarten Tauscherrohren (6) jeweils ein entlang einer Längsachse (X) durchgehender Luft-Durchtrittsweg (10) für Umgebungsluft ausgebildet ist, wobei wenigstens der Tauscherkern (5) additiv gefertigt ist. Um die Wärmetransfereigenschaften eines Wärmetauscher in einem Kraftfahrzeug zu optimieren, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass wenigstens ein Durchtrittsweg (8, 10) in unterschiedlichen Bereichen (5.1-5.4) des Tauscherkerns (5) bereichsabhängig unterschiedlich ausgebildet ist, so dass sich ein bereichsabhängig unterschiedlicher Strömungswiderstand innerhalb des wenigstens einen Durchtrittswegs (8, 10) ergibt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Wärmetauscher-Anordnung für ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
In Kraftfahrzeugen wie Pkw oder Lkw werden Wärmetauscher als Teil von Kühlkreisläufen bzw. Kältemittelkreisläufen eingesetzt, die wiederum zur Kühlung von Kraftfahrzeugkomponenten wie Motor, Getriebe usw. oder zur Klimatisierung eines Fahrzeuginnenraums benötigt werden. Einige dieser Kühlkreisläufe verwenden ein durchgehend flüssiges Wärmetauschermedium bzw. Fluid, das die Wärme von den Kraftfahrzeugkomponenten aufnimmt und am Wärmetauscher, normalerweise einem im vorderen Teil des Kraftfahrzeugs installierten Kühler, an die Umgebungsluft abgibt. In anderen Fällen tritt das Fluid in gasförmigem Zustand in den Wärmetauscher ein, kondensiert im Wärmetauscher und wird abgekühlt, und verlässt den Wärmetauscher in flüssigem Zustand. Auch der umgekehrte Fall ist denkbar, wobei das Fluid in flüssigem Zustand in den Wärmetauscher eintritt, dort erwärmt wird, verdampft und den Wärmetauscher gasförmig verlässt. Der Wärmetauscher dient somit als Verdampfer, welcher der Umgebungsluft Wärme entzieht, was nach dem Prinzip einer Wärmepumpe zum Heizen eine Fahrzeuginnenraums genutzt werden kann.
Gemäß einer üblichen Bauweise weist ein derartiger Wärmetauscher einen Einlasstank auf, der durch einen Tauscherkern mit einem Auslasstank verbunden ist. Der Tauscherkern besteht in der Regel aus einer Mehrzahl von beabstandeten Tauscherrohren, die maßgeblich für den Wärmeaustausch zwischen dem Fluid und der Umgebungsluft verantwortlich sind. Man könnte sagen, dass das Fluid im Einlasstank aufgenommen wird, von wo aus es auf die Tauscherrohre verteilt wird. Von den Tauscherrohren wird das Fluid zum Auslasstank geleitet. Einlass- und Auslasstank können entweder auf unterschiedlichen Seiten des Tauscherkerns angeordnet sein, oder sie können auf derselben Seite, ggf. auch als voneinander getrennte Abschnitte eines Tankkörpers ausgebildet sein. Bei einer anderen Ausführung sind der Einlass- und der Auslassraum als separate Abschnitte in einem einzigen Behälter vorgesehen. Der für die Kühlung des Fluids erforderliche Luftstrom kann durch erzwungene oder natürliche Konvektion durch den Tauscherkern geleitet werden. Ein optimaler Wärmeaustausch ist von den Strömungsverhältnissen sowohl der Umgebungsluft als auch des Fluids innerhalb des Wärmetauschers abhängig. Diese Strömungsverhältnisse können allerdings durch verschiedene Faktoren nachteilig beeinflusst werden. Beispielsweise können benachbarte bzw. bezüglich des Luftstroms vor dem Wärmetauscher angeordnete Komponenten für eine ungleichmäßige Luftzufuhr sorgen, die wiederum den Wärmetransfer mit Teilen des Tauscherkerns beeinträchtigt.
Angesichts des aufgezeigten Standes der Technik bieten die Wärmetransfereigenschaften eines Wärmetauschers in einem Kraftfahrzeug noch Raum für Verbesserungen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Wärmetransfereigenschaften eines Wärmetauschers in einem Kraftfahrzeug zu optimieren.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Wärmetauscher-Anordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst, wobei die Unteransprüche vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung betreffen.
Es ist darauf hinzuweisen, dass die in der nachfolgenden Beschreibung einzeln aufgeführten Merkmale sowie Maßnahmen in beliebiger, technisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung charakterisiert und spezifiziert die Erfindung insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren zusätzlich.
Durch die Erfindung wird eine Wärmetauscher-Anordnung für ein Kraftfahrzeug zur Verfügung gestellt, welche einen Wärmetauscher aufweist. Der Wärmetauscher kann auch als Kühler bezeichnet werden, in der Regel handelt es sich um einen Frontkühler, d.h. einen Kühler bzw. Wärmetauscher, der im Frontbereich des Kraftfahrzeugs eingebaut wird. Insbesondere kann es sich bei dem Kraftfahrzeug um ein Straßenfahrzeug wie einen Pkw oder Lkw handeln. Die Wärmetauscher-Anordnung kann je nach Ausführungsform allein aus dem Wärmetauscher bestehen oder sie kann weitere Elemente aufweisen, die mit dem Wärmetauscher in funktionalem und/oder räumlichen Zusammenhang stehen können. In eingebautem Zustand ist der Wärmetauscher Bestandteil eines Wärmekreislaufs des Kraftfahrzeugs, wobei der Begriff „Wärmekreislauf“ hier sowohl Kühlkreisläufe einschließt, bei denen ein durchgehend flüssiges Fluid zum Wärmetransport genutzt wird, als auch Kältemittelkreisläufe, bei denen im Wärmetauscher ein Verflüssigen des Kältemittels oder ein Verdampfen des Kältemittels erfolgt, wie im Fall einer Wärmepumpe.
Der Wärmetauscher weist wenigstens einen Einlasstank und wenigstens einen Auslasstank für ein Fluid auf. Das Fluid dient zum Wärmetransport innerhalb des o.g. Wärmekreislaufs. In der Regel nimmt das Fluid innerhalb des Kraftfahrzeugs Wärme auf, z.B. von einem Motor des Kraftfahrzeugs, und gibt im Wärmetauscher Wärme ab, wobei im Falle eines Wärmepumpenbetriebs auch eine Wärmeaufnahme im Wärmetauscher und eine Wärmeabgabe im Inneren des Kraftfahrzeugs möglich ist. Das Fluid kann durchgehend flüssig vorliegen, es kann aber auch wenigstens teilweise gasförmig vorliegen, wobei im Wärmetauscher eine wenigstens teilweise Verflüssigung bzw. Verdampfung stattfinden kann. Der Einlasstank bildet einen im Wärmekreislauf stromaufwärts angeordneten Teil des Wärmetauschers, während der Auslasstank einen stromabwärts angeordneten Teil bildet, d.h. das Fluid tritt am Einlasstank in den Wärmetauscher ein und verlässt ihn am Auslasstank. Bei einigen Wärmekreisläufen kann über Ventile eine Umkehrung der Strömungsrichtung herstellbar sein, so dass je nach Betriebsmodus der „Einlasstank“ stromabwärts des „Auslasstanks“ gelegen sein kann. Insofern kann man statt einem „Einlasstank“ auch neutraler von einem „Primärtank“ und statt einem „Auslasstank“ von einem „Sekundärtank“ sprechen. Normalerweise sind genau ein Einlasstank und genau ein Auslasstank vorgesehen, es könnte aber auch eine Mehrzahl sein.
Der wenigstens eine Einlasstank ist mit dem wenigstens einen Auslasstank durch eine Mehrzahl von Tauscherrohren eines sich entlang einer Querachse sowie einer Hochachse erstreckenden Tauscherkerns verbunden, von denen jedes einen Fluid-Durchtrittsweg für Fluid bildet, wobei zwischen benachbarten Tauscherrohren jeweils ein entlang einer Längsachse durchgehender Luft-Durchtrittsweg für Umgebungsluft ausgebildet ist. Statt einem Tauscherrohr könnte man auch von einer Tauscherleitung oder dergleichen sprechen. Das jeweilige Tauscherrohr dient zum Führen des Fluids von einem Einlasstank zu einem Auslasstank. Dementsprechend weist es einen vom Einlasstank zum Auslasstank durchgehenden Fluid-Durchtrittsweg auf. Dieser kann durch einen Fluidkanal gebildet sein, es wäre allerdings auch denkbar, dass ein Tauscherrohr eine Mehrzahl voneinander getrennter Fluidkanäle aufweist. Letzteres könnte allerdings auch als eine Mehrzahl von miteinander verbundenen Tauscherrohren aufgefasst werden. Der Querschnitt des Fluid-Durchtrittswegs sowie der Querschnitt des Tauschrohrs insgesamt können unterschiedlich ausgestaltet sein, bspw. kreisförmig, elliptisch, polygonal (insbesondere viereckig), polygonal mit abgerundeten Ecken etc.
Es versteht sich, dass jeder Fluidkanal mit dem Inneren eines Einlasstanks sowie dem Inneren eines Auslandstanks in Verbindung steht, während das jeweilige Tauscherrohr mit den genannten Tanks fluiddicht verbunden ist, so dass am Übergang kein Fluid austreten kann. Der wenigstens eine Einlasstank sowie der wenigstens eine Auslasstank können aus Metall oder aus Kunststoff (ggf. verstärktem Kunststoff) gefertigt sein. Die Tauscherrohre sind bevorzugt aus Metall gefertigt (normalerweise aus Aluminium bzw. einer Aluminiumlegierung), um eine ausreichende Wärmeleitfähigkeit zu gewährleisten, allerdings ist auch eine Fertigung aus anderen Materialien möglich, z.B. Kunststoff oder einem Verbundwerkstoff. Die Tauscherrohre gehören zu einem Tauscherkern, der sich entlang der Querachse (Y-Achse) sowie der Hochachse (Z-Achse) erstreckt, man könnte auch sagen, entlang einer durch diese Achsen aufgespannten Querebene. Der gesamte Querschnitt des Tauscherkerns innerhalb dieser Ebene kann annähernd rechteckig sein. Normalerweise ist die Ausdehnung des Tauscherkerns entlang der Längsachse (X-Achse) wesentlich kleiner als entlang der Querachse oder der Hochachse. Die Längsachse, Querachse und Hochachse stehen paarweise senkrecht aufeinander. Grundsätzlich sind diese Bezeichnungen nicht einschränkend auszulegen, üblicherweise entsprechen die Achsen jedoch der Kraftfahrzeuglängsachse, -querachse und -hochachse in Bezug auf den bestimmungsgemäß eingebauten Zustand der Wärmetauscher-Anordnung. Jedes Tauscherrohr kann ganz oder teilweise parallel zur Querachse oder zur Hochachse verlaufen.
Der Tauscherkern ist wesentlich für die Funktion des Wärmeaustauschs, da er im Verhältnis zum Volumen des geführten Fluids eine große Oberfläche aufweist. Dabei ist zwischen benachbarten Tauscherrohren jeweils ein entlang der Längsachse durchgehender Luft-Durchtrittsweg für Umgebungsluft ausgebildet. Die benachbarten Tauscherrohre schließen somit nicht bzw. nicht überall unmittelbar aneinander an, sondern sind wenigstens bereichsweise derart beabstandet, dass zwischen ihnen der genannte Luft-Durchtrittsweg ausgebildet ist. Es können zwischen zwei Tauscherrohren auch mehrere Luft-Durchtrittswege ausgebildet sein bzw. ein Luft-Durchtrittsweg, welcher bezüglich der Querebene unterbrochen bzw. unterteilt ist. In jedem Fall geht der Luft-Durchtrittsweg entlang der Längsachse durch den Tauscherkern hindurch. Dies bedeutet allerdings nicht, dass er parallel zur Längsachse ausgerichtet sein muss, sondern lediglich, dass Umgebungsluft den Tauscherkern entlang des Luft-Durchtrittswegs durchqueren kann. Normalerweise ist zwischen jedem Paar benachbarter Tauscherrohre (wenigstens) ein derartiger Luft-Durchtrittsweg ausgebildet, wenngleich es im Rahmen der Erfindung möglich wäre, dass benachbarte Tauscherrohre gewissermaßen lückenlos aneinander anschließen. Während die Umgebungsluft den Luft-Durchtrittsweg durchquert, kommt es zu einem Wärmeaustausch zwischen ihr und den Oberflächen des Tauscherkerns, womit ein indirekter Wärmeaustausch zwischen Umgebungsluft und Fluid stattfindet.
Dabei ist wenigstens der Tauscherkern additiv gefertigt, ggf. auch der gesamte Wärmetauscher. Es kommt somit ein additives Fertigungsverfahren zum Einsatz. Allgemein handelt es sich dabei um ein Verfahren, bei dem basierend auf Konstruktionsdaten aus formlosen oder formneutralen Materialien wie Pulvern (ggf. unter Zusatz eines Bindemittels) oder Flüssigkeiten (was auch zeitweise aufgeschmolzene Feststoffe einschließt) ein Bauteil hergestellt wird, in diesem Fall also der Tauscherkern bzw. der Wärmetauscher. Diese Verfahren sind auch unter Sammelbegriffen wie „Rapid Prototyping“, „Rapid Manufacturing“ oder „Rapid Tooling“ bekannt.
Zur Herstellung des metallischen Tauscherkerns kommen zum einen Pulverbettverfahren wie selektives Lasersintern (SLS) oder selektives Laserschmelzen (SLM) infrage, wobei ein Pulver aufgebracht und anschließend mittels einer geeigneten fokussierten Strahlung selektiv erwärmt und gesintert bzw. verschmolzen wird. D.h. das Bauteil wird dabei sukzessive aus parallelen Schichten aufgebaut.
Daneben kommen auch Verfahren infrage, bei denen ein Metall in flüssiger Form appliziert wird und anschließend erstarrt. Auf diese Weise kann ein metallisches Objekt sukzessive aufgebaut werden, wobei der Aufbau ebenfalls schichtweise erfolgen kann. Das Metall kann strang- bzw. drahtförmig zugeführt und aufgeschmolzen werden, bevor es gewissermaßen punktweise lokal aufgebracht wird. Dabei können einzelne Tropfen des Metalls erzeugt werden und unter Druck nach Art eines Strahldruckers durch eine Düse ausgestoßen werden. Die Düse ist auf den gewünschten Applikationspunkt gerichtet, an welchem der jeweilige Tropfen anschließend aushärtet. Ein derartiges Verfahren kann als Flüssigmetalldruck (liquid metal printing) klassifiziert werden. Im Gegensatz zu Pulverbettverfahren müssen keine vollständigen Pulverschichten aufgebracht werden, sondern es reicht ein gezielter Auftrag an den Stellen, die dem zu fertigenden Objekt entsprechen. Die jeweiligen Schichten können eben ausgebildet sein und horizontal (also senkrecht zur Richtung der Schwerkraft) verlaufen, es sind allerdings auch nicht-ebene Schichten möglich, ebenso wie Schichten, die gegenüber der Horizontalen geneigt sind. Eine aufgetragene Schicht kann flächig („zweidimensional“), linienartig („eindimensional“) oder sogar punktartig („nulldimensional“) ausgebildet sein.
Sowohl bei Pulverbettverfahren als auch bei Flüssigmetalldruck werden die Schichten nacheinander auf einer Basis aufgetragen, d.h. eine erste Schicht wird unmittelbar auf die Basis aufgetragen, wonach die weiteren Schichten sukzessive übereinander aufgetragen werden. Die Basis ist typischerweise als Aufbauplattform bzw. Basisplattform ausgebildet, die in der Regel eine ebene Oberfläche aufweist, auf der die erste Metallschicht aufgetragen wird.
Die Aussage, dass wenigstens der Tauscherkern additiv gefertigt wird, schließt nicht aus, dass zur endgültigen Fertigstellung auch nicht-additive Verfahren eingesetzt werden, z.B. spanende Verfahren bzw. Trennverfahren. Beispielsweise kann sich das additiv gefertigte Objekt insgesamt einerseits aus einem später nutzbaren Anteil (Tauscherkern bzw. Wärmetauscher) zusammensetzen sowie andererseits aus Verbindungsstrukturen bzw. Stützstrukturen, die den nutzbaren Anteil mit der Basis verbinden. Diese Verbindungsstrukturen können einerseits zur mechanischen Abstützung des Objekts während der Fertigung dienen sowie andererseits zur Wärmeableitung vom Objekt in die Basis. Nach Beendigung der additiven Fertigung sollten die Verbindungsstrukturen entfernt werden, bspw. durch spanende Bearbeitung. Zudem kann bei Pulverbettverfahren nach der additiven Fertigung evtl. noch am Objekt anhaftendes oder in Vertiefungen zurückgebliebenes Pulver ausgeblasen, abgewaschen oder z.B. mechanisch entfernt werden.
Erfindungsgemäß ist wenigstens ein Durchtrittsweg in unterschiedlichen Bereichen des Tauscherkerns bereichsabhängig unterschiedlich ausgebildet, so dass sich ein bereichsabhängig unterschiedlicher Strömungswiderstand innerhalb des wenigstens einen Durchtrittswegs ergibt. Dies kann sich auf wenigstens einen Fluid-Durchtrittsweg, ggf. auch mehrere Fluid-Durchtrittswege, beziehen. Alternativ oder zusätzlich kann es sich auch auf wenigstens einen Luft-Durchtrittsweg, ggf. auch mehrere Luft-Durchtrittswege, beziehen. D.h., durch die additive Fertigung wird der wenigstens eine Durchtrittsweg bereichsabhängig unterschiedlich ausgebildet, so dass sich in unterschiedlichen Bereichen ein unterschiedlicher Strömungswiderstand für das Fluid bzw. für die Luft ergibt. Dies kann bedeuten, dass ein einziger Durchtrittsweg in unterschiedlichen Bereichen unterschiedlich ausgebildet ist und/oder dass verschiedene Durchtrittswege, die in unterschiedlichen Bereichen angeordnet sind, unterschiedlich ausgebildet sind. Hinsichtlich der unterschiedlichen Ausbildung stehen verschiedenste Möglichkeiten zur Verfügung, von denen einige im Weiteren noch erläutert werden. In jedem Fall ist es durch die bereichsweise Anpassung des Strömungswiderstands möglich, sowohl die allgemeine Fließgeschwindigkeit von Fluid bzw. Luft bereichsweise anzupassen als auch die Ausbildung bzw. die Intensität von Turbulenzen. Schließlich kann ein bereichsweise höherer Strömungswiderstand dafür sorgen, dass Luft bzw. Fluid verstärkt durch andere Bereiche strömen, wodurch der Wärmeaustausch in den genannten anderen Bereichen verbessert werden kann. Der Tauscherkern kann dabei mittels des additiven Fertigungsverfahrens vergleichsweise kostengünstig in beliebiger Weise maßgeschneidert werden, um ein gewünschtes Strömungsverhalten zu erzielen.
Aufgrund der additiven Fertigung können auch die Tauscherrohre bedarfsweise angepasst werden, wobei jeweils eine einstückige Fertigung möglich ist. So kann ein Tauscherrohr sich entweder gewissermaßen in einer Richtung von einem Tank zu einem gegenüberliegenden Tank erstrecken. Es wäre aber auch möglich, dass Einlasstank und Auslasstank auf derselben Seite angeordnet sind und das Tauscherrohr gewissermaßen U-förmig ausgebildete ist, also eine Flussumkehr bewirkt. Ein derartiges Rohr kann additiv optimal gefertigt werden.
Günstigerweise sind zwischen benachbarten Tauscherrohren Luft-Turbulenzelemente angeordnet, welche additiv einstückig mit wenigstens einem Tauscherrohr gefertigt sind. Diese Luft-Turbulenzelemente können unterschiedlichste Formen haben, bspw. die Form von Lamellen, die parallel zur Längsachse ausgerichtet sind. Die Form der Lamellen kann nahezu beliebig variiert werden, beispielsweise können diese gerade Flächen, zwei- oder dreidimensional gebogene Flächen und/oder integrierte, ausgestellte Flächen aufweisen. Auch können Lamellen ein oder mehrere Löcher bzw. Ausnehmungen aufweisen. Daneben können aber auch aufgrund der additiven Fertigung säulenartige Strukturen erzeugt werden, die bspw. einen kreisförmigen, elliptischen, linsenförmigen oder polygonalen, z.B. viereckigen, Querschnitt aufweisen können. Auch können die Luft-Turbulenzelemente unterschiedlich bezüglich der benachbarten Tauscherrohre verlaufen. Im einfachsten Fall können Sie senkrecht zu einer (lokalen) Verlaufsrichtung eines Tauscherrohrs verlaufen, mit welchem Sie einstückig verbunden sind. Sie könnten allerdings auch in einem von 90° verschiedenen Winkel verlaufen, also schräg. Auch könnten sich wenigstens zwei Luft-Turbulenzelemente überkreuzen. Der Querschnitt des Luft-Turbulenzelements kann sich auch verändern, z.B. verjüngen und/oder verbreitern. Das einzelne Luft-Turbulenzelement kann zwei Tauscherrohre verbinden, also mit beiden verbunden sein. Alternativ kann es allerdings auch von einem Tauscherrohr ausgehen und sich in Richtung auf ein benachbartes Tauscherrohr erstrecken, ohne allerdings dieses zu kontaktieren. Das jeweilige Luft-Turbulenzelement ist im Zuge der additiven Fertigung einstückig mit dem wenigstens einen Tauscherrohr gefertigt worden, d.h. es ist mit diesem durch einen Stoffschluss verbunden.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass relative Anordnung und/oder Ausgestaltung von Luft-Turbulenzelementen bereichsabhängig unterschiedlich sind. Hinsichtlich der relativen Anordnung kann zum einen der Abstand benachbarter Luft-Turbulenzelemente variiert werden. Zum anderen kann allerdings auch die dreidimensionale Anordnung verändert werden, bspw. derart, dass zwei benachbarte Luft-Turbulenzelemente unterschiedliche Relativpositionen bezüglich der Längsachse einnehmen können, also z.B. auf gleicher Höhe oder zueinander versetzt. Die Ausgestaltung der Luft-Turbulenzelemente betrifft die geometrische Form sowie die Größe des einzelnen Luft-Turbulenzelements. Hier bestehen eine Vielzahl von Möglichkeiten, bspw., dass in einem Bereich lamellenförmige Luft-Turbulenzelemente angeordnet sind und in einem anderen Bereich säulenförmige Luft-Turbulenzelemente mit kreisförmigen Querschnitt.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung sind Abstände zwischen benachbarten Luft-Turbulenzelementen in wenigstens einem Bereich mit höherem Luftwiderstand geringer als in wenigstens einem Bereich mit geringerem Luftwiderstand. Anders ausgedrückt, der Tauscherkern weist wenigstens einen Bereich mit höherem Luftwiderstand auf sowie wenigstens einen Bereich mit geringerem Luftwiderstand, wobei Abstände zwischen benachbarten Luft-Turbulenzelementen im erstgenannten Bereich geringer sind als im letztgenannten. Durch die geringeren Abstände wird der für die hindurchströmende Luft zu Verfügung stehende Querschnitt verringert. Hierdurch wird tendenziell der Luftstrom verringert und zudem werden stärkere Turbulenzen erzeugt. Letzteres kann den Wärmeaustausch positiv beeinflussen, da Luft, die bereits durch den Kontakt mit dem Tauscherkern erwärmt wurde, weniger lang in der Nähe des Tauscherkerns verbleibt. Es bildet sich also ein insgesamt stärkerer Temperaturgradient aus, der den Wärmestrom verstärkt. Es versteht sich, dass die Abstände zwischen den Luft-Turbulenzelementen einerseits dadurch beeinflusst werden können, dass unterschiedliche Anzahlen von Luft-Turbulenzelementen vorgesehen werden, sowie andererseits dadurch, dass die Geometrie bzw. Größe des einzelnen Luft-Turbulenzelements unterschiedlich gewählt wird.
Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass eine Ausdehnung von Tauscherrohren entlang der Längsachse sowie eine Länge wenigstens eines Luft-Durchtrittswegs entlang der Längsachse in wenigstens einem Bereich mit höherem Luftwiderstand größer ist als in wenigstens einem Bereich mit geringerem Luftwiderstand. D.h. die Ausdehnung der Tauscherrohre entlang der Längsachse ist nicht in allen Bereichen des Tauscherkerns gleich, sondern bereichsweise unterschiedlich. Dadurch, dass sich die Tauscherrohr unterschiedlich weit entlang der Längsachse erstrecken, wird auch der dazwischenliegende Luft-Durchtrittsweg länger bzw. kürzer. Ein längerer Durchtrittsweg bedeutet wiederum bei ansonsten gleichartigen geometrischen Verhältnissen, dass der Luftwiderstand ansteigt.
Gemäß einer Ausgestaltung ist wenigstens ein Bereich mit höherem Luftwiderstand entlang der Längsachse mit einem Lüfter fluchtend angeordnet. Dies bezieht sich selbstverständlich auf den bestimmungsgemäß eingebauten Zustand des Wärmetauschers innerhalb des Kraftfahrzeugs. Der Lüfter kann insbesondere als Axiallüfter ausgebildet sein, mit einem Flügelrad, das um eine Drehachse rotiert, welche parallel zur Längsachse oder ggf. in einem geringen Winkel (z.B. maximal 30°) zur Längsachse verläuft. Insbesondere entlang der Längsachse vor (bzw. hinter) dem Lüfter, welcher bspw. mechanisch durch einen Verbrennungsmotor des Kraftfahrzeugs angetrieben sein kann, entsteht ein starker Unterdruck (bzw. Überdruck), der zu einer verstärkten Luftströmung führen würde. Dies wiederum würde dazu führen, dass die dort angeordneten Bereiche des Tauscherkerns stark von Umgebungsluft durchströmt werden, während hierzu versetzte Bereiche weniger stark durchströmt werden. Eine derartig ungleichmäßige Luftströmung beeinträchtigt im Allgemeinen die Funktion des Wärmetauschers. Wird allerdings ein Bereich mit höherem Luftwiderstand entlang der Längsachse mit dem Lüfter fluchtend angeordnet, führt dies dazu, dass die Umgebungsluft anteilig in benachbarte Bereiche umgelenkt wird, die somit besser durchströmt werden und effektiver zum Wärmeaustausch beitragen können.
Ebenfalls vorteilhaft kann wenigstens ein Bereich mit höherem Luftwiderstand entlang der Längsachse hinter einer Lufteintrittsöffnung angeordnet sein. Die Lufteintrittsöffnung, die sich an der Frontseite des Kraftfahrzeugs befindet und z.B. entweder unterhalb oder oberhalb einer Stoßstange angeordnet sein kann, ist ein Bereich, in welchem Umgebungsluft ins Innere des Kraftfahrzeugs einströmt. Insbesondere dann, wenn wie üblich der Wärmetauscher vergleichsweise dicht hinter der Lufteintrittsöffnung angeordnet ist, werden die entlang der Längsachse hinter der Lufteintrittsöffnung liegenden Bereiche verstärkt angeströmt und würden bei einem herkömmlichen Wärmetauscher eine stärkere Durchströmung erfahren. Dies kann bei dieser Ausführungsform dadurch verhindert werden, dass der Luftwiderstand dort bereichsweise erhöht wird. Somit wird der Luftstrom teilweise in andere Bereiche verdrängt, so dass sich eine insgesamt homogenere Durchströmung des Wärmetauschers ergibt.
Insgesamt muss es keine gewissermaßen binäre Unterscheidung zwischen Bereichen mit höherem Luftwiderstand und Bereichen mit geringerem Luftwiderstand geben. Es sind vielmehr verschiedene Zwischenstufen zwischen einem maximalen und einem minimalen Luftwiderstand denkbar, wobei der Übergang mehr oder weniger kontinuierlich oder aber stufenweise erfolgen kann.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung weist wenigstens ein Tauscherrohr einen sich entlang seiner Erstreckung verändernden Querschnitt auf. Hierbei kann zum einen die grundsätzliche Geometrie des Tauscherrohrs verändert werden, bspw. zwischen kreisförmig, elliptisch, polygonal und/oder anderen Formen. Alternativ oder zusätzlich können aber auch die Proportionen verändert werden, bspw. derart, dass ein Tauscherrohr in einem Bereich einen quadratischen Querschnitt aufweist und in einem anderen einen Querschnitt, der einem länglichen Viereck entspricht. Die Veränderung des Querschnitts kann bspw. auch dazu genutzt werden, wie oben beschrieben die Ausdehnung eines Tauscherrohrs entlang der Längsachse zu variieren. Die hiermit verbundene Variation der Länge des Luft-Durchtrittswegs kann somit nicht nur zwischen unterschiedlichen Paaren benachbarter Tauscherrohre erfolgen, sondern auch entlang des Verlaufs eines Paars von Tauscherrohren. Auch ist es möglich, den lokalen Abstand zwischen benachbarten Tauscherrohren auf diese Weise zu variieren. Schließlich kann auch der Fluidwiderstand, also der Strömungswiderstand für das hindurchströmende Fluid, verändert werden. Bspw. kann er durch Verengung des Querschnitts vergrößert werden.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass wenigstens ein Tauscherrohr eine Mehrzahl von additiv einstückig mit einer Wandung des Tauscherrohrs gefertigten Fluid-Turbulenzelementen aufweist, die sich von der Wandung nach innen erstrecken, wobei relative Anordnung und/oder Ausgestaltung von Fluid-Turbulenzelementen bereichsabhängig unterschiedlich sind. Die genannten Fluid-Turbulenzelemente können unterschiedliche Formen haben, bspw. die Form von Lamellen, die parallel zur Erstreckungsrichtung des Tauscherrohrs ausgerichtet sind. Daneben können aber auch säulenartige Strukturen erzeugt werden, die bspw. einen kreisförmigen, elliptischen, linsenförmigen oder polygonalen, z.B. viereckigen, Querschnitt aufweisen können. Auch kann sich der Querschnitt entlang eines Fluid-Turbulenzelements verändern, z.B. verjüngen und/oder verbreitern. Zusätzlich kann der Verlauf des jeweiligen Fluid-Turbulenzelements innerhalb des Tauscherrohrs in verschiedener Weise gewählt werden, bspw. parallel zur Hochachse, quer zur Hochachse oder schräg zu dieser. Auch könnten sich zwei Fluid-Turbulenzelemente überkreuzen. Das einzelne Fluid-Turbulenzelement kann sich vollständig durch den Fluidkanal im Inneren des Tauscherrohrs hindurch erstrecken und bspw. gegenüberliegende Wandungsabschnitte desselben verbinden. Alternativ kann es allerdings auch von einem Wandungsabschnitt des Tauscherrohrs ausgehen und sich in den Fluidkanal hinein erstrecken, ohne allerdings einen anderen Wandungsabschnitt zu kontaktieren. Das jeweilige Fluid-Turbulenzelement ist im Zuge der additiven Fertigung einstückig mit dem jeweiligen Tauscherrohr gefertigt worden. Vorteilhaft sind relative Anordnung und/oder Ausgestaltung von Fluid-Turbulenzelementen bereichsabhängig unterschiedlich. Hinsichtlich der relativen Anordnung kann zum einen der Abstand benachbarter Fluid-Turbulenzelemente variiert werden. Zum anderen kann allerdings auch die dreidimensionale Anordnung verändert werden, bspw. derart, dass zwei benachbarte Fluid-Turbulenzelemente unterschiedliche Relativpositionen bezüglich der Erstreckungsrichtung des Tauscherrohrs einnehmen können, also z.B. auf gleicher Höhe oder zueinander versetzt. Die Ausgestaltung der Fluid-Turbulenzelemente betrifft die geometrische Form sowie die Größe des einzelnen Fluid-Turbulenzelements. Auch hierbei bestehen wiederum unterschiedliche Möglichkeiten, bspw., dass in einem Bereich lamellenförmige Fluid-Turbulenzelemente angeordnet sind und in einem anderen Bereich säulenförmige Fluid-Turbulenzelemente mit kreisförmigem Querschnitt.
Vorteilhaft sind Abstände zwischen benachbarten Fluid-Turbulenzelementen in wenigstens einem Bereich mit höherem Fluidwiderstand geringer als in wenigstens einem Bereich mit geringerem Fluidwiderstand. Anders ausgedrückt, der Tauscherkern weist wenigstens einen Bereich mit höherem Fluidwiderstand auf sowie wenigstens einen Bereich mit geringerem Fluidwiderstand, wobei Abstände zwischen benachbarten Fluid-Turbulenzelementen im erstgenannten Bereich geringer sind als im letztgenannten. Durch die geringeren Abstände kann der für das hindurchströmende Fluid zu Verfügung stehende Querschnitt verringert werden, falls mehrere Fluid-Turbulenzelemente quer zur Erstreckungsrichtung des jeweiligen Tauscherrohrs nebeneinander angeordnet sind. Falls die Fluid-Turbulenzelemente in Erstreckungsrichtung hintereinander angeordnet sind, verringert sich durch geringere Abstände gewissermaßen die freie Weglänge, die das Fluid zwischen zwei Fluid-Turbulenzelementen zurücklegen kann. In beiden Fällen wird tendenziell der Fluidstrom verringert und zudem werden stärkere Turbulenzen erzeugt. Letzteres kann wiederum den Wärmeaustausch positiv beeinflussen, da Fluid, welches bereits in der Nähe der Wandung des Tauscherrohrs abgekühlt bzw. erwärmt wurde, weniger lang dort verbleibt. Es bildet sich also ein insgesamt stärkerer Temperaturgradient aus, der den Wärmestrom verstärkt. Es versteht sich, dass die Abstände zwischen den Fluid-Turbulenzelementen einerseits dadurch beeinflusst werden können, dass unterschiedliche Anzahlen von Fluid-Turbulenzelementen vorgesehen werden, sowie andererseits dadurch, dass die Geometrie bzw. Größe des einzelnen Fluid-Turbulenzelements unterschiedlich gewählt wird.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass Querschnittsflächen von Fluid-Turbulenzelementen quer zur Erstreckungsrichtung des jeweiligen Tauscherrohrs in wenigstens einem Bereich mit höherem Fluidwiderstand größer sind als in wenigstens einem Bereich mit geringerem Fluidwiderstand. Die Querschnittsfläche quer zur Erstreckungsrichtung entspricht einem Querschnitt, gegen den das Fluid anströmt. Die Querschnittsfläche ist bspw. größer, wenn das Fluid-Turbulenzelemente vollständig durch den Fluidkanal von einem Wandungsabschnitt zu einem anderen (bspw. gegenüberliegenden) Wandungsabschnitt geführt ist, während sie kleiner ist, wenn es nur ausgehend von einem Wandungsabschnitt in den Fluidkanal hineinragt.
Weitere vorteilhafte Einzelheiten und Wirkungen der Erfindung sind im Folgenden anhand von in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen

1A eine schematische Seitenansicht einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Wärmetauscher-Anordnung;
1B eine schematische Vorderansicht der Wärmetauscher-Anordnung aus 1 A;
2 eine schematische Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Wärmetauscher-Anordnung;
3A eine schematische Seitenansicht einer dritten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Wärmetauscher-Anordnung;
3B eine schematische Vorderansicht der Wärmetauscher-Anordnung aus 3A;
4 eine schematische Vorderansicht einer vierten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Wärmetauscher-Anordnung;
5-10 Draufsichten verschiedener Ausführungsformen eines Teils einer erfindungsgemäßen Wärmetauscher-Anordnung;
11 eine perspektivische Darstellung von Tauscherrohren einer fünften Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Wärmetauscher-Anordnung; sowie
12 eine Seitenansicht von Tauscherrohren einer sechsten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Wärmetauscher-Anordnung.

In den unterschiedlichen Figuren sind gleiche Teile stets mit denselben Bezugszeichen versehen, weswegen diese in der Regel auch nur einmal beschrieben werden.
1A und 1B zeigen einen vorderen Teil eines Kraftfahrzeugs 20, in diesem Fall eines Pkw, mit einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Wärmetauscher-Anordnung 1, welche einen Wärmetauscher 2 aufweist. Der Wärmetauscher 2 ist entlang einer Längsachse X überwiegend hinter einer Frontverkleidung 21 des Kraftfahrzeugs 20 angeordnet, wobei die Frontverkleidung 21 allerdings eine Lufteintrittsöffnung 22 aufweist. Der Wärmetauscher 2 weist einen Einlasstank 3 sowie einen Auslasstank 4 für ein hier nicht dargestelltes Fluid, bspw. eine Kühlflüssigkeit des Kraftfahrzeugs 20 auf. Einlasstank 3 und Auslasstank 4 erstrecken sich entlang einer Hochachse Z und sind durch Tauscherrohre 6 eines Tauscherkerns 5 miteinander verbunden. Jedes der Tauscherrohre 6 ist hohl ausgebildet und weist einen Fluid-Durchtrittsweg 8 zum Führen des Fluids auf.
Sämtliche Tauscherrohre 6 weisen einen gleichartigen Querschnitt auf, der in diesem Fall rechteckig und entlang der Längsachse X gestreckt ausgebildet ist. Alternativ könnte er aber auch bspw. quadratisch, kreisförmig, elliptisch oder anderweitig ausgebildet sein. In diesem Ausführungsbeispiel erstrecken sich die Tauscherrohre 6 parallel zu einer Querachse Y und weisen bezüglich der Hochachse Z jeweils gleiche Abstände auf. Zwischen benachbarten Tauscherrohren 6 ist jeweils ein Luft-Durchtrittsweg 10 definiert, durch welchen Umgebungsluft hindurchtreten kann, um Wärme mit dem Fluid auszutauschen. Um einerseits die Oberfläche des Tauscherkerns 5 zu vergrößern und andererseits das Strömungsverhalten der Luft zu beeinflussen, sind zwischen benachbarten Tauscherrohren 6 jeweils Luft-Turbulenzelemente 11 angeordnet, die sich hier parallel zur Hochachse Z erstrecken. Der Wärmetauscher 2 ist in seiner Gesamtheit durch ein additives Fertigungsverfahren aus einer Aluminiumlegierung gefertigt, bspw. durch ein Pulverbettverfahren wie SLM oder durch Flüssigmetalldruck. Das additive Fertigungsverfahren erlaubt eine effiziente Fertigung auch komplexer dreidimensionaler Strukturen.
Die Abstände zwischen den Luft-Turbulenzelementen 11 sind nicht innerhalb des gesamten Tauscherkerns 5 konstant. Vielmehr kann man grob zwei Bereiche 5.1 mit geringerem Luftwiderstand sowie einen Bereich 5.2 mit höherem Luftwiderstand unterscheiden. In den Bereichen 5.1 mit geringerem Luftwiderstand weisen die Luft-Turbulenzelemente 11 größerer Abstände auf als im Bereich 5.2 mit größerem Luftwiderstand. Da letzterer entlang der Längsachse X hinter der Lufteintrittsöffnung 22 angeordnet ist, wird primär dieser Bereich 5.2 von Luft angeströmt. Dadurch, dass dieser Bereich 5.2 einen höheren Luftwiderstand aufweist, wird die Luft anteilig in andere Bereiche 5.1 verdrängt bzw. umgelenkt, so dass diese insgesamt besser durchströmt werden und der gesamte Tauscherkern 5 effektiv am Wärmeaustausch teilnimmt.
2 zeigt eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Wärmetauscher-Anordnung 1 innerhalb eines Kraftfahrzeugs 20, die weitgehend mit der ersten Ausführungsform übereinstimmt und insoweit nicht nochmals erläutert wird. Im Unterschied zur ersten Ausführungsform weisen die Tauscherrohre 6 in diesem Fall unterschiedliche Querschnitte auf. Genauer gesagt sind die Tauscherrohre 6 im Abschnitt 5.2 mit höherem Luftwiderstand entlang der Längsachse X länger ausgebildet als in den Abschnitten 5.1 mit geringerem Luftwiderstand. Dementsprechend sind auch die zwischen Tauscherrohren 6 ausgebildeten Luft-Durchtrittswege 10 im Abschnitt 5.2 mit höherem Luftwiderstand länger, was die Luftreibung erhöht und außerdem zu stärkeren Turbulenzen führt. In diesem Beispiel sind die Luft-Turbulenzelemente 11 gewissermaßen in Übereinstimmung mit den Tauscherrohren 6 ebenfalls entlang der Längsachse X verlängert. Die Abstände der Luft-Turbulenzelemente 11 können in diesem Beispiel in allen Bereichen 5.1, 5.2 des Tauscherkerns 5 gleich sein, sie können aber auch wie im ersten Ausführungsbeispiel bereichsweise unterschiedlich sein.
3A und 3B zeigen eine dritte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Wärmetauscher-Anordnung 1, bei welcher ein Lüfter 15 entlang der Längsachse X hinter dem Wärmetauscher 2 angeordnet ist. Die Lufteintrittsöffnung 22 ist hier so groß, dass im Wesentlichen der gesamte Tauscherkerns 5 ausreichend angeströmt werden kann. Allerdings besteht aufgrund der Sogwirkung des Lüfters 15 die Gefahr, dass ein zentraler Bereich 5.2 des Tauscherkerns 5 übermäßig durchströmt wird, während andere Bereiche 5.1 nur unzureichend durchströmt werden. Um dies zu verhindern, weist der zentrale Bereich 5.2 einen höheren Luftwiderstand auf, was wiederum durch eine Verringerung der Abstände zwischen den Luft-Turbulenzelemente 11 erreicht wird. Alternativ oder zusätzlich bestünde auch hier die Möglichkeit, die Luft-Durchtrittswege 10 bereichsweise zu verlängern.
4 zeigt eine vierte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Wärmetauscher-Anordnung 1 bzw. eines Wärmetauschers 2, wobei die Darstellung keinen realistisch vorteilhaften Wärmetauscher 2 entspricht, sondern lediglich dazu dient, die verschiedenen erfindungsgemäß möglichen gegebenen Möglichkeiten zur Variation der Luft-Durchtrittswege 10 darzustellen. Wie bereits besprochen, können die Abstände zwischen den Luft-Turbulenzelemente 11 variiert werden. Darüber hinaus kann die Ausrichtung der Luft-Turbulenzelemente 11 gegenüber den Tauscherrohren 6 verändert werden, so dass sie entweder senkrecht zu deren Verlaufsrichtung (und somit parallel zur Hochachse Z) ausgerichtet sein können oder aber schräg zu deren Verlaufsrichtung (und somit schräg zur Hochachse Z). Außerdem können sich Luft-Turbulenzelemente 11 zwischen den benachbarten Tauscherrohren 6 verjüngen bzw. verbreitern und/oder sie können sich überkreuzen. Auch ist es möglich, dass einzelne Luft-Turbulenzelemente 11 nicht von einem Tauscherrohr 6 zum nächsten durchgehend ausgebildet sind, sondern sich nur teilweise in Richtung auf das benachbarte Tauscherrohr 6 hin erstrecken. Zusätzlich zu den genannten Maßnahmen ist es auch möglich, die Abstände zwischen benachbarten Tauscherrohren 6 zu variieren, wobei ein größerer Abstand zu einem geringeren Luftwiderstand führt als ein geringer Abstand.
5 bis 10 zeigen beispielhaft jeweils ein einzelnes Tauscherrohr 6 mit verschiedenen Ausführungsformen von Luft-Turbulenzelementen 11. In der Ausführungsform gemäß 5 sind die Luft-Turbulenzelemente 11 lamellenartig ausgebildet und parallel zur Längsachse X ausgerichtet. 6 und 7 zeigen jeweils säulenartige Luft-Turbulenzelemente 11 mit kreisförmigem Querschnitt, wobei in 6 nur eine Reihe von Luft-Turbulenzelemente 11 vorgesehen ist, während in 7 zwei Reihen sowohl bezüglich der Längsachse X als auch bezüglich der Querachse Y zueinander versetzt angeordnet sind. Die Ausgestaltung gemäß 7 führt auch zu geringeren Abständen zwischen den Luft-Turbulenzelementen 11 und entspricht normalerweise einem höheren Luftwiderstand als die Ausgestaltung gemäß 6.
8 und 9 zeigen säulenartige Luft-Turbulenzelemente 11 mit elliptischem Querschnitt, wobei die große Halbachse der Ellipse in 8 parallel zur Längsachse X ausgerichtet ist, während sie in 9 um ca. 45° gegenüber der Längsachse X sowie der Querachse Y geneigt ist. 10 zeigt säulenartige Luft-Turbulenzelemente 11 mit einem rechteckigen Querschnitt. Während die Anzahl der Luft-Turbulenzelemente 11 derjenigen in 5 entspricht, sind aufgrund der größeren Breite entlang der Querachse Y die Abstände zwischen den Luft-Turbulenzelementen 11 geringer, so dass sich ein größerer Luftwiderstand ergibt.
11 zeigt einen Teil eines Tauscherkerns 5 einer fünften Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Wärmetauscher-Anordnung 1, wobei aus Gründen der Übersichtlichkeit hier die Luft-Turbulenzelemente 11 weggelassen wurden. Gezeigt sind hier beispielhaft drei Tauscherrohre 6, die jeweils einer Wandung 7 mit rechteckigem Querschnitt aufweisen, in welcher wiederum einen Fluid-Durchtrittsweg 8 ausgebildet ist. Letzterer wird allerdings dadurch modifiziert, dass der Querschnitt nicht durchgehend konstant ist. Bei dem bezüglich 11 obersten Tauscherrohr 6 ist die Ausdehnung entlang der Hochachse Z abschnittsweise verringert, so dass sich seitliche Bereiche 5.3 mit geringerem Fluidwiderstand und ein mittlerer Bereich 5.4 mit größerem Fluidwiderstand ergeben. Bei dem bezüglich 11 untersten Tauscherrohr 6 ist die Ausdehnung entlang der Hochachse Z zwar konstant, allerdings auch hier ist ein mittlerer Bereich 5.4 mit vergrößertem Fluidwiderstand gegeben, da sich dort die Ausdehnung des Tauscherrohrs 6 entlang der Längsachse X verringert. Es ist zu beachten, dass die Verringerung der Ausdehnung entlang der Hochachse Z auch zu einer lokalen Vergrößerung des Luft-Durchtrittswegs 10 führt. Ebenso kann die Verringerung der Ausdehnung entlang der Längsachse X zu einer Verkürzung des Luft-Durchtrittsweg 10 und somit zu einer Verringerung der Luftreibung führen.
12 zeigt einen Teil eines Tauscherkerns einer sechsten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Wärmetauscher-Anordnung 1, wobei in seitlicher Schnittdarstellung wiederum drei Tauscherrohre 6 dargestellt sind. Mit der Wandung 7 des jeweiligen Tauscherrohrs 6 sind jeweils eine Mehrzahl von Fluid-Turbulenzelementen 9 verbunden, die bei der additiven Fertigung einstückig mit der Wandung 7 gefertigt wurden. Das oberste sowie das mittlere Tauscherrohr 6 weisen hier jeweils zwei entlang der Längsachse X versetzt angeordnete Fluid-Turbulenzelemente 9 auf, während das unterste Tauscherrohr 6 insgesamt sechs Fluid-Turbulenzelemente 9 aufweist. Bei den oberen beiden Tauscherrohren 6 gehen die Fluid-Turbulenzelemente 9 jeweils von einem Abschnitt der Wandung 7 zum gegenüberliegenden Abschnitt durch. Beim obersten Tauscherrohr 6 ist allerdings die Querschnittsfläche der Fluid-Turbulenzelemente 9 im Vergleich zum mittleren Tauscherrohr 6 vergrößert, so dass das oberste Tauscherrohr 6 einem Abschnitt 5.4 mit größerem Fluidwiderstand entspricht, während das mittlere Tauscherrohr 6 einem Abschnitt 5.3 mit geringerem Fluidwiderstand entspricht. Beim untersten Tauscherrohr 6 sind die Abstände der Fluid-Turbulenzelemente 9 geringer als bei den oberen beiden Tauscherrohren 6, wodurch sich auch hier insgesamt ein Abschnitt 5.4 mit größerem Fluidwiderstand ergibt der Fluidwiderstand wird hier dadurch modifiziert, dass einige Fluid-Turbulenzelemente 9 sich nicht von einem Abschnitt der Wandung 7 zum gegenüberliegenden Abschnitt durchgehend erstrecken, sondern gewissermaßen stummelartig ausgebildet sind, so dass in der Mitte des Fluid-Durchtrittsweg 8 ein freier Bereich verbleibt.
Hinsichtlich des Querschnitts der Fluid-Turbulenzelemente 9 sind unterschiedlichste Möglichkeiten gegeben, bspw. können diese wie in 5 bis 10 für die Luft-Turbulenzelemente 11 dargestellt lamellenartig oder säulenartig mit rechteckigem, kreisförmigen oder elliptischen Querschnitt ausgebildet sein.
Wenngleich in den hier gezeigten Ausführungsbeispiel jeweils eine Variation des Luftwiderstands oder eine Variation des Fluidwiderstands als Alternativen dargestellt sind, sollte klar sein, dass diese Variationsmöglichkeiten auch in einem Wärmetauscher 2 kombiniert werden können.
Bezugszeichenliste:

1: Wärmetauscher-Anordnung
2: Wärmetauscher
3: Einlasstank
4: Auslasstank
5: Tauscherkern
5.1-5.4: Bereich
6: Tauscherrohr
7: Wandung
8: Fluid-Durchtrittsweg
9: Fluid-Turbulenzelement
10: Luft-Durchtrittsweg
11: Luft-Turbulenzelement
15: Lüfter
20: Fahrzeug
21: Frontverkleidung
22: Lufteinlassöffnung
X: Längsachse
Y: Querachse
Z: Hochachse

Claims

Wärmetauscher-Anordnung (1) für ein Kraftfahrzeug (20), aufweisend einen Wärmetauscher (2) mit wenigstens einem Einlasstank (3) und wenigstens einem Auslasstank (4) für ein Fluid, welche durch eine Mehrzahl von Tauscherrohren (6) eines sich entlang einer Querachse (Y) sowie einer Hochachse (Z) erstreckenden Tauscherkerns (5) verbunden sind, von denen jedes einen Fluid-Durchtrittsweg (8) für Fluid bildet, wobei zwischen benachbarten Tauscherrohren (6) jeweils ein entlang einer Längsachse (X) durchgehender Luft-Durchtrittsweg (10) für Umgebungsluft ausgebildet ist, wobei wenigstens der Tauscherkern (5) additiv gefertigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Durchtrittsweg (8, 10) in unterschiedlichen Bereichen (5.1-5.4) des Tauscherkerns (5) bereichsabhängig unterschiedlich ausgebildet ist, so dass sich ein bereichsabhängig unterschiedlicher Strömungswiderstand innerhalb des wenigstens einen Durchtrittswegs (8, 10) ergibt.
Wärmetauscher-Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen benachbarten Tauscherrohren (6) Luft-Turbulenzelemente (11) angeordnet sind, welche additiv einstückig mit wenigstens einem Tauscherrohr (6) gefertigt sind, wobei relative Anordnung und/oder Ausgestaltung von Luft-Turbulenzelementen (11) bereichsabhängig unterschiedlich sind.
Wärmetauscher-Anordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Abstände zwischen benachbarten Luft-Turbulenzelementen (11) in wenigstens einem Bereich (5.2) mit höherem Luftwiderstand geringer sind als in wenigstens einem Bereich (5.1) mit geringerem Luftwiderstand.
Wärmetauscher-Anordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ausdehnung von Tauscherrohren (6) entlang der Längsachse (X) sowie eine Länge wenigstens eines Luft-Durchtrittswegs entlang der Längsachse (X) in wenigstens einem Bereich (5.2) mit höherem Luftwiderstand größer ist als in wenigstens einem Bereich (5.1) mit geringerem Luftwiderstand.
Wärmetauscher-Anordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Bereich (5.2) mit höherem Luftwiderstand entlang der Längsachse (X) mit einem Lüfter (15) fluchtend angeordnet ist.
Wärmetauscher-Anordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Bereich (5.2) mit höherem Luftwiderstand entlang der Längsachse (X) hinter einer Lufteintrittsöffnung (22) des Kraftfahrzeugs (20) angeordnet ist.
Wärmetauscher-Anordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Tauscherrohr (6) einen sich entlang seiner Erstreckung verändernden Querschnitt aufweist.
Wärmetauscher-Anordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Tauscherrohr (6) eine Mehrzahl von additiv einstückig mit einer Wandung (7) des Tauscherrohrs gefertigten Fluid-Turbulenzelementen (9) aufweist, die sich von der Wandung (7) nach innen erstrecken, wobei relative Anordnung und/oder Ausgestaltung von Fluid-Turbulenzelementen (9) bereichsabhängig unterschiedlich sind.
Wärmetauscher-Anordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Abstände zwischen benachbarten Fluid-Turbulenzelementen (9) in wenigstens einem Bereich (5.4) mit höherem Fluidwiderstand geringer sind als in wenigstens einem Bereich (5.3) mit geringerem Fluidwiderstand.
Wärmetauscher-Anordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Querschnittsflächen von Fluid-Turbulenzelementen (9) quer zur Erstreckungsrichtung des jeweiligen Tauscherrohrs (6) in wenigstens einem Bereich (5.4) mit höherem Fluidwiderstand größer sind als in wenigstens einem Bereich (5.3) mit geringerem Fluidwiderstand.