DE10253813B4

DE10253813B4 - Luftgekühlte Kühler mit nacheinander von Kühlluft durchströmten Kühlerelementen

Info

Publication number: DE10253813B4
Application number: DE2002153813
Authority: DE
Inventors: Ralph Böttger; Mathias Grieger
Original assignee: IAV GmbH Ingenieurgesellschaft Auto und Verkehr
Current assignee: IAV GmbH Ingenieurgesellschaft Auto und Verkehr
Priority date: 2002-11-18
Filing date: 2002-11-18
Publication date: 2005-02-10
Anticipated expiration: 2022-11-19
Also published as: EP1420221A3; DE10253813A1; EP1420221A2

Abstract

Luftgekühlter Kühler für zu kühlende Flüssigkeiten mit nacheinander von Kühlluft durchströmten Kühlerelementen, wobei deren Kühlerelemente Anschlüsse zur Verbindung untereinander aufweisen, mit folgenden Merkmalen:
– mindestens zwei nacheinander vom zu kühlenden Medium (M) durchflossene Kühlerelemente (2; 3) sind ohne wesentlichen direkten Wärmeübergang hintereinanderliegend in einem Gehäuse (4) den Kühler (1) bildend angeordnet,
– das Gehäuse (4) schließt mindestens zwei Kühlerelemente (2; 3) ein und führt die Kühlluft (KL) zwischen den Kühlerelementen (2; 3), weist dabei jedoch zwischen den Kühlerelementen (2; 3) nur einen geringen Wärmeübergang auf,
– das an der Anströmseite zuerst von der Kühlluft (KL) beaufschlagte vordere Kühlerelement (2) weist den Abfluss (A2) für das zu kühlende Medium (M) auf und ein von der Kühlluft (KL) zuletzt beaufschlagtes hinteres Kühlerelement (3) den Zufluss (Z3) für das zu kühlende Medium (M) auf.

Description

Die Erfindung betrifft luftgekühlte Kühler mit nacheinander von Kühlluft durchströmten Kühlebenen gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches.

Lange vorbekannt ist es durch die Schrift DE 39 18 455 A1 , dass bei Verflüssigern für Kältemittel von Fahrzeugklimaanlagen die Kühlluft gegen die Durchflussrichtung des vom gasförmigen in den flüssigen Zustand zu bringenden Kältemittels strömt, wobei Kühlstrecken mit unterschiedlichem Temperaturniveau untereinander thermisch isoliert angeordnet sind.

Diese Art der Durchströmung bewirkt, dass das zuströmende gasförmige Kältemittel mit bereits erwärmter Kühlluft und das sich zunehmend verflüssigende bzw. letztlich flüssig austretende Kältemittel von der direkt in den Verflüssiger eintretenden, frischen Kühlluft gekühlt wird.

Das zuströmende gasförmige Kältemittel durchströmt mehrere parallelgeschaltete Kühlstrecken im Verflüssiger, die einen großen Querschnitt bilden. Nachfolgend gelangt entsprechend der mit der Kühlung zunehmenden Dichte des Kältemittels dieses in eine geringere Anzahl von Kühlstrecken, die einen mittleren Querschnitt bilden. Das flüssige, mit größerer Dichte aus dem Verflüssiger austretende Kältemittel wird letztlich nur noch in von frisch eintretender Kühlluft beaufschlagten Kühlstrecken mit geringem Querschnitt gekühlt (siehe 3a).

Durch die thermisch-isoliert angeordneten Kühlstrecken wird ein optimaler Temperaturunterschied zwischen Zu- und Abfluss zum Verflüssigen des Kältemittels erzielt.

Vorbekannt sind durch die Schrift DE 34 33 370 A1 luftgekühlte Kühler für Verbrennungsmotoren mit U-förmigem Durchfluss der zu kühlenden Flüssigkeit mit mindestens zwei nacheinander von Kühlluft durchströmten Kühlebenen. Hintereinander und parallel angeordnete, einseitig über einen Verbindungsraum verbundene Gruppen von Kühlrohren bilden eine Kühlereinheit, bei der an der direkt von der Kühlluft beaufschlagten Kühlerseite der Abfluss und dahinter der Zufluss für das zu kühlende Medium angeordnet sind.

Eine erste die erste Kühlebene bildende Gruppe von Kühlrohren, die an der Anströmseite zuerst von Kühlluft beaufschlagt wird, weist den Abfluss für das zu kühlende Medium auf. Die nachfolgend von der Kühlluft beaufschlagte, die zweite Kühlebene bildende zweite Gruppe von Kühlrohren ist mit dem Zufluss für das zu kühlende Medium ausgestattet.

Diese Schriften beschreiben Kühler mit zwei nacheinander von Kühlluft beaufschlagten und dem zu kühlenden Medium durchströmten Kühlebenen aus eng hintereinander angeordneten ersten und zweiten Gruppen von Kühlrohren. Sie offenbaren aber keine Mittel oder Anregungen für das Erzielen hoher Temperaturdifferenz zwischen den Kühlrohrgruppen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, luftgekühlte Kühler für zu kühlende Flüssigkeiten mit geringer Anströmfläche, gutem Wirkungsgrad und hoher Temperaturdifferenz zwischen Zu- und Abfluss zu realisieren, die vorteilhaft für zu kühlende Fahrzeugaggregate einsetzbar sind.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruches genannten Merkmale gelöst. Es sind mindestens zwei nacheinander von Kühlluft durchströmte Kühlebenen vorhanden, die durch zwei, ohne wesentlichen direkten Wärmeübergang hintereinanderliegend angeordnete Kühlerelemente gebildet werden. Erfindungsgemäße Kühler sind wirtschaftlich vorteilhaft und in einfacher Weise durch Hintereinanderanordnung und -schaltung realisierbar.

Einerseits bilden die Kühlerelemente durch Reihenschaltung im Durchfluss eine Kühlkolonne und weisen weiterhin durch das Fehlen eines wesentlichen direkten Wärmeüberganges untereinander eine hohe Temperaturdifferenz zwischen Zu- und Abfluss auf. Andererseits wird dadurch, dass das zuerst von der Kühlluft beaufschlagte vordere Kühlerelement den Abfluss für das zu kühlende Medium und das von der Kühlluft danach beaufschlagte hintere Kühlerelement den Zufluss für das zu kühlende Medium aufweist, während des gesamten Durchlaufs des Mediums eine hohe Temperaturdifferenz zwischen dem zu kühlenden Medium und dem jeweiligen Durchlaufbereich in den Kühlerelementen erzielt.

Mit derartigen Anordnungen sind kompakte Kühler 1 mit kleiner Frontfläche und hoher Kühlleistung realisierbar, weil in den Kühlerelementen 2; 3 grundsätzlich hohe Differenztemperaturen zwischen der Kühlluft KL und dem zu kühlenden Medium M wirksam sind.

Die Merkmale der Unteransprüche werden in der Beschreibung in Verbindung mit ihren vorteilhaften Wirkungen erläutert.

Anhand einer Zeichnung werden Ausführungsbeispiele der Erfindung nachfolgend erläutert.
Es zeigen:
1 einen Kühler mit nacheinander durchströmten Kühlebenen,
2 eine abströmseitige Ansicht des Kühlers mit U-förmig durchflossenen Leitungen,
3 einen erfindungsgemäßen Kühler in teilweise geschnittener perspektivischer Ansicht in einer hinsichtlich des Durchflusses der Kühlluft optimierten Ausführung.
In 1 ist ein luftgekühlter Kühler 1, vorzugsweise für zu kühlende Flüssigkeiten, mit mindestens zwei nacheinander von Kühlluft durchströmten Kühlebenen mit Kühlerelementen 2; 3 für zu kühlende Flüssigkeiten schematisiert dargestellt.
Es sind mindestens zwei nacheinander durchflossene Kühlerelemente 2; 3 ohne wesentlichen direkten Wärmeübergang hintereinanderliegend angeordnet. Dabei ist an dem von der Kühlluft zuerst beaufschlagten, vorderen Kühlerelement 2 der Abfluss A2 für das zu kühlende Medium M angeordnet. Das von der Kühlluft nachfolgend beaufschlagte, hintere Kühlerelement 3 weist den Zufluss Z3 für das zu kühlende Medium M auf. Es können auch mehrere hintere Kühlerelemente 3 angewandt werden, wobei das letzte, aus dem die erwärmte Kühlluft wieder ins Freie tritt, mit dem Zufluss Z3 versehen ist.
Die Kühlerelemente 2; 3 sind in einem den Kühler 1 bildenden Gehäuse 4 angeordnet, welches zwischen den Kühlerelementen 2; 3 nur einen geringen Wärmeübergang zulässt und die Kühlluft KL zwischen den Kühlerelementen 2; 3 führt bzw. einschließt. Durch diese Ausführung weisen die Kühlerelemente 2; 3 stark unterschiedliche Temperaturniveaus auf.
Die Flussrichtung des zu kühlenden Mediums M in den hintereinanderliegend angeordneten und nacheinander durchflossenen Kühlerelementen 2; 3 kann in vorteilhafter Weise gleichartig sein (nicht dargestellt). Die gegenüberliegenden Flächenbereiche der nacheinander von Kühlluft KL durchströmten angeordneten Kühlerelemente 2; 3 weisen bei solcher Ausführung jeweils eine große Temperaturdifferenz auf.
In 3, siehe hierzu Einzelheiten E2 und E3, weist das hintere Kühlerelement 3 einen größeren Durchflussquerschnitt für die bereits erwärmte Kühlluft auf, als das vordere, direkt von Kühlluft beaufschlagte Kühlerelement 2. Damit wird ein optimales Durchströmen beider Kühlerelemente 2; 3 erzielt.
Aufgrund günstiger Abmessungen kann der luftgekühlte Kühler 1 mit seinem Zufluss Z3 und seinem Abfluss A2 des zu kühlenden Mediums M direkt an einem Aggregat angeschlossen sein. Damit ist es möglich, dass der Kühler 1 an einem Aggregat im Front- oder Heckbereich eines Fahrzeuges im oder nahe des Bereiches eines Radkastenausschnittes angeordnet und damit günstig mit Kühlluft beaufschlagt ist. Vorteilhaft sind die Kühlerelemente aus rohrförmigen oder flächigen, mit Luft beaufschlagten und mit Kühlflächen versehenen Leitungen gebildet. Vorzugsweise ist das vordere Kühlerelement 2 in einer Richtung vom zu kühlenden Medium M durchflossen. Auf diese Weise wird die höchste Temperatursenkung für das zu kühlende Medium M im vorderen Kühlerelement 2 erzielt.
Für günstige Strömungsführung des zu kühlenden Mediums M und das Erzielen großer Kühlleistung kann das vordere Kühlerelement und/oder das hintere Kühlerelement (3) einfach oder mehrfach U-förmig durchflossen sein. Die mit Kühlflächen versehenen Leitungen sind dabei, an- oder abströmseitig gesehen, übereinander angeordnet. Siehe 2, sie zeigt die Ansicht des Kühlerelementes 3 entgegen der Strömung der Kühlluft KL in 1.

1: Kühler
2: vorderes Kühlerelement
3: hinteres Kühlerelement
4: Gehäuse
Kl: Kühlluft
A2: Abfluss des gekühlten Mediums
Z3: Zufluss des heißen Mediums
M: zu kühlendes Medium
E2: Durchflussquerschnitt des vorderen Kühlerelements 2; E2 kleiner E3
E3: Durchflussquerschnitt des hinteren Kühlerelements 3; E3 größer E2

Claims

Luftgekühlter Kühler für zu kühlende Flüssigkeiten mit nacheinander von Kühlluft durchströmten Kühlerelementen, wobei deren Kühlerelemente Anschlüsse zur Verbindung untereinander aufweisen, mit folgenden Merkmalen: – mindestens zwei nacheinander vom zu kühlenden Medium (M) durchflossene Kühlerelemente (2; 3) sind ohne wesentlichen direkten Wärmeübergang hintereinanderliegend in einem Gehäuse (4) den Kühler (1) bildend angeordnet, – das Gehäuse (4) schließt mindestens zwei Kühlerelemente (2; 3) ein und führt die Kühlluft (KL) zwischen den Kühlerelementen (2; 3), weist dabei jedoch zwischen den Kühlerelementen (2; 3) nur einen geringen Wärmeübergang auf, – das an der Anströmseite zuerst von der Kühlluft (KL) beaufschlagte vordere Kühlerelement (2) weist den Abfluss (A2) für das zu kühlende Medium (M) auf und ein von der Kühlluft (KL) zuletzt beaufschlagtes hinteres Kühlerelement (3) den Zufluss (Z3) für das zu kühlende Medium (M) auf.
Luftgekühlter Kühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Flussrichtung des zu kühlenden Mediums (M) in den hintereinanderliegend angeordneten und nacheinander durchflossenen Kühlerelementen (2; 3) gleichartig ist.
Luftgekühlter Kühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das hintere Kühlerelement (3) einen größeren Durchflussquerschnitt für die Kühlluft (KL) aufweist, als das vordere Kühlerelement (2).
Luftgekühlter Kühler nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlerelemente (2; 3) aus rohrförmigen oder flächigen, mit Kühlluft (KL) beaufschlagten und mit Kühlflächen versehenen Leitungen gebildet sind.
Luftgekühlter Kühler nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitungen des vorderen Kühlerelementes (2) in einer Richtung durchflossen sind.
Luftgekühlter Kühler nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das vordere Kühlerelement (2) und/oder das hintere Kühlerelement (3) einfach oder mehrfach U-förmig durchflossene, mit Kühlflächen versehene Leitungen aufweist, die an- oder abströmseitig gesehen übereinander angeordnet sind.