DE1580660B - Wärmeaustauscher, insbesondere für Kraftfahrzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmeaustauscher, insbesondere für Kraftfahrzeuge, bei dem etwa quer zur Richtung der durch diesen strömenden Luft mindestens zwei Wärmeaustauscherleitungen für die Zirkulation eines flüssigen Heizmediums parallel zueinander und übereinander angeordnet sind und ein Haupthahn zum Einstellen des Durchsatzes durch diese Leitungen vorgesehen ist.

Bei Kraftfahrzeugen sollte aus physiologischen Gründen die durch den Wärmeaustauscher in das Fahrzeuginnere eintretende Frischluft im Fußraum wärmer sein als im Kopfraum. Der Temperaturunterschied zwischen Fußraum und Kopfraum ist um so wichtiger, je geringer der Wärmebedarf insgesamt ist.

Es ist bekannt, zu diesem Zweck parallel zum Heizluftstrom einen Kaltluftstrom zu führen, den man je nach der Stellung besonderer Klappen in die warme Luft einleitet.

Zur Erzeugung von Wärmeströmen unterschiedlichen Wärmegehalts ist auch aus der bekanntgemachten deutschen Patentanmeldung D 16 632 II/63'c'bekannt, statt eines Wärmeaustauschers zwei Wärmeaustauscher vorzusehen, von denen jeder einen Hahn zur Regelung des Durchsatzes des Heizmediums durch den entsprechenden Wärmeaustauscher aufweist. Ebenso sind Klappen vorgesehen, die den Luftdurchsatz durch die Wärmeaustauscher steuern. Auf diese Weise können zwei Luftströme unterschiedlichen Wärmegehalts durch entsprecheade Einstellung der Hähne und der Klappen erzeugt werden. Es ist jedoch ersichtlich, daß der Bedienungsaufwand erheblich ist. Dies ist besonders nachteilig bei einem in einem Kraftfahrzeug eingebauten Wärmeaustauscher, da es für einen Unkundigen oft nicht möglich sein wird, den Wärmeaustauscher zu bedienen, ohne zuvor eine Gebrauchsanl^tung bekommen zu haben. Wie wenig zweckmäßig der durch die genannte deutsche Patentschrift beschriebene Wärmeaustauscher ist, zeigt sich insbesondere dann, wenn mehr als zwei Luftströme unterschiedlichen Wärmegehalts erzeugt werden sollen. Der Bedienungsaufwand für einen solchen Wärmeaustauscher erscheint dann nicht mehr vertretbar.

Bei einem Wärmeaustauscher nach der bekanntgemachten deutschen Patentanmeldung D 11 651II/ 63c erfolgt die verschiedenartige Beheizung der einzelnen Luftströme dadurch, daß der einzige Wärmeaustauscher in vertikaler Richtung von unten nach oben von dem Heizmedium durchströmt und der stärker aufzuheizende untere Luftstrom für den Fußraum des Fahrzeuginneren nahe der Eintrittsstelle des Heizmediums und der weniger stark zu beheizende obere Luftstrom für den Kopfraum des Fahrzeuginneren nahe der Austrittsstelle des Heizmediums durch den Wärmeaustauscher geleitet wird. Die Trennung der verschiedenartig beheizten Luftströme ist durch Querwände hinter dem Wärmeaustauscher sichergestellt, wobei noch eine Regelvorrichtung in Form einer von außen bedienbaren Klappe vorgesehen ist, welche im Bedarfsfalle eine teilweise Zuleitung der beheizten Frischluft aus einer Teilleitung in die andere gestattet. An diesem bekannten Wärmeaustauscher ist insbesondere nachteilig, daß sich nur geringe Temperaturdifferenzen zwischen dem unteren und oberen Luftstrom erreichen lassen, es sei denn, man benutzte einen Wärmeaustauscher großer Vertikalerstreckung. Es ist ersichtlich, daß der Raumbedarf eines solchen Wärmeaustauschers beträchtlich ist und er deshalb für den Einbau in ein Kraftfahrzeug ungeeignet erscheint. Gerade beim nur geringen Wärmebedarf im Fahrzeuginneren, wenn aus physiologischen Gründen eine große Temperaturdifferenz zwischen Fuß- und Kopfraum erwünscht ist, ist die zwischen den beiden Luftströmen erzielbare Temperaturdifferenz bei dem bekannten Wärmeaustauscher nur gering.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wärmeaustauscher der eingangs genannten Bauart zu schaffen, der bei kleinen Abmessungen und guter Bedienbarkeit in enger Anpassung an die physiologischen Bedürfnisse die Erzeugung unterschiedlich beheizter Luftströme erlaubt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei einem Wärmeaustauscher der eingangs genannten Bauart mindestens einer der Leitungen ein Drosselorgan derart zugeordnet ist, daß in Abhängigkeit von der Einstellung des Haupthahnes jeweils der Durchsatz des Heizmediums durch die einzelnen Wärmeaustauscherleitungen von oben nach unten zunimmt.

Die Erzeugung der Luftströme unterschiedlichen Wärmegehalts erfolgt somit bei dem erfindungsgemäßen Wärmeaustauscher durch entsprechende Einstellung der in den Wärmeaustauscherleitungen angeordneten Drosselorgane. Auf diese Weise läßt sich ein wesentlich höherer Temperaturgradient über die vertikale Erstreckung des Wärmeaustauschers erreichen als bei der Ausführung nach der bekanntgemachten

deutschen Patentanmeldung D 11 6$lH/63c, wo sich der Temperaturgradient nur auf Grund der allmählichen Wärmeabgabe vom Heizmedium auf den Luftstrom ergibt. Ein hoher Temperaturgradient bedeutet aber, daß die vertikale Erstreckung des Wärmeaustauschers nicht allzu groß zu sein braucht. Mit dem erfindungsgemäßen Wärmeaustauscher ist sogar durch entsprechende Einstellung der Drosselorgane erreichbar, daß bei geringem Wärmebedarf im Fahrzeuginneren im unteren Bereich des Wärmeaustau- ίο schers Warmluft und im oberen Bereich des Wärmeaustauschers Kaltluft austritt.

Zur Steuerung der Heizleistung des erfindungsgemäßen Wärmeaustauschers ist nur ein einziger Hahn, nämlich der Haupthahn zum Einstellen des Durchsatzes des Heizmediums durch die Wärmeaustauschleitungen erforderlich. Dies bedeutet eine einfache Be-

dienbarkeit, die insbesondere beim Einbau des War-

meaustauschers in Kraftfahrzeuge wünschenswert ist.

Das Drosselorgan kann z.B. als Scheibe mit einer oder mehreren in der Größe abgestuften Ausnehmungen ausgebildet sein, wobei die Größe dieser Ausnehmungen den Durchsatz durch die einzelnen Wärrneaustauscherleitungen bestimmt. Vorteilhaft kann als Drosselorgan auch ein Ventil vorgesehen sein, das bei einer bestimmten Druckdifferenz entgegen einer Federkraft öffnet. Zweckmäßig kann das Drosselorgan auch als temperaturgesteuerte Absperrvorrichtung ausgebildet sein. Falls eine zusätzliche Regelungsmöglichkeit für eine unterschiedliche Lufterhitzung erwünscht ist, kann das Drosselorgan außer durch die genannten Mittel noch durch eine außerhalb des Wärmeaustauschers gelegene Wirkungsmechanik beeinflußbar sein.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend an Hand der Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 einen schematischen Querschnitt eines in einem Kraftfahrzeug eingebauten Wärmeaustauschers gemäß der Erfindung,

F i g. 2 einen Axialschnitt durch ein Ende des Wärmeaustauschers,

F i g. 3 Ansicht des Drosselorgans des Wärmeaustauschers nach F i g. 2,

F i g. 4 einen Axialschnitt durch einen Wärmeaustauscher mit unterschiedlichen Drosselorganen,

F i g. 5 einen Axialschnitt durch das Ende eines Wärmeaustauschers mit einer weiteren Ausbildungsform der Drosselorgane und

F i g. 6 einen Schnitt nach der Linie VI-VI in-Fig.5.

Die Anordnung nach Fig. 1, die nur beispielhaft anzusehen ist, umfaßt einen unterhalb der Windschutzscheibe in der Fahrzeugkarosserie angeordneten querliegenden Hohlträger, der insgesamt mit 2 bezeichnet ist und an dessen Oberseite Luftzutrittsöffnungen 3 in die freie Atmosphäre münden. Dieser Hohlträger 2 stellt eine Luftzutrittskammer dar, die durch den Wärmeaustauscher gegenüber einer Kammer 4 abgetrennt ist, die der Zuführtung der Luft in das Fahrzeuginnere dient. Der Wärmeaustauscher 1 besitzt mehrere Wärmeaustauscherleitungen, hier mit A, B, C bezeichnet, für die Zirkulation eines flüssigen Heizmediums. Die Leitungen erstrecken sich etwa quer zur Richtung der durch den Wärmeaustauscher S5 strömenden Luft und sind parallel zueinander und übereinander angeordnet. Die Kammer 4 besitzt obenliegende öffnungen 5 am unteren Rand der Windschutzscheibe, durch die Luft zur Entfrostung der Windschutzscheibe, zur Beseitigung von Feuchtigkeitsbeschlag sowie zur Ventilation ausströmen kann. Untere Öffnungen 6 in der Kammer 4 sind mit verstellbaren Klappen 7 und Luftführungen versehen, welche die Luft gegen den Fußraum des Fahrzeuginneren lenken. © ·

In der Zuleitung zum Wärmeaustauscher ist gemäß Fig.4 ein HauptbahnR zum Einstellen des Durchsatzes des Heizmediums durch die Leitungen A, B, und C vorgesehen. · .

Erfindungsgemäß ist mindestens einer der Leitungen A, B, C ein Drosselorgan derart zugeordnet, daß in Abhängigkeit von der Einstellung des Haupthahnes R jeweils der Durchsatz des Heizmediums durch die einzelnen Wärmeaustauscherleitungen von oben nach unten zunimmt.

Mit einem derartigen Wärmeaustauscher sind folgende Betriebsarten möglich:

— Belüftung, wenn durch Schließen des Haupthahnes R die Zirkulation des Heizmediums in den . Leitungen A, B, C unterbrochen ist;

— Heizung und Belüftung, je nachdem, in welchen Leitungen auf Grund der Ausbildung oder Einstellung des Drosselorgans eine Zirkulation des Heizmediums stattfinden kann. Dabei können wiederum folgende Betriebsarten unterschieden werden, wobei vorausgesetzt wird, daß der Haupthahn R zumindest teilweise und die Klappe 7 geöffnet sind:

a) Leitung A geöffnet, Leitungen B, C geschlossen (Warmluft zu den Füßen, Kühlluft zum Kopf),

b) Leitungen A und B geöffnet, Leitung C geschlossen (Warmluft zu den Füßen, lauwarme Luft zum Kopf), und

c) Leitungen^, B undCgeöffnet (Gasamtheizung, nötigenfalls zum Defrosten und Entfernen von Feuchtigkeitsbeschlag).

Erwähnenswert ist, daß sich sämtliche Betriebsarten bei dem erfindungsgemäßen Wärmeaustauscher durch bloßes Betätigen des Haupthahnes R erreichen lassen.

Bei der Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wärmeaustauschers nach den Fig.2 und 3 sind in dem Drosselorgan am Ausgang der Leitungen B und C Ausnehmungen 10 und 11 vorgesehen, von denen die Ausnehmung 11 einen kleineren Querschnitt aufweist als die Ausnehmung 10. Diese Ausnehmungen sind hier als Schlitze in einer Scheibe 12 aus gummielastischem Material ausgeführt, die am Ende der Leitungen angebracht ist und gleichzeitig als Dichtung zwischen dem Wärmeaustauscherkörper und einem Ansatzstück 13 dient, das zum Sammeln des abfließenden Heizmediums dient.

Bei der in Fig.4 dargestellten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wärmeaustauschers sind an den Ausgängen der Leitungen B und C Ventile 14 und 15 mit Federn 16 und 17 vorgesehen, die so berechnet sind, daß das Ventil 15 sich erst bei einer Druckdifferenz öffnet, die oberhalb der Druckdifferenz liegt, bei der sich das Ventil 14 öffnet. Die Federn 16 und 17 liegen in Hülsen, die innen an dem Ansatzstück 18 ausgebildet sind.

Gemäß der in den F i g. 5 und 6 gezeigten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wärmeaustauschers sind an den Ausgängen der Leitungen B und C Absperrvorrichtungen 20 und 21 vorgesehen, zu de-

ren Betätigung Bimetallstreifen 22 und 23 dienen. Die Bimetallstreifen 22 und 23 sind in dem Ansatzstück 24 angeordnet und stützen sich gegen die in F i g. 6 erkennbaren Auflager 25 ab. Die Bimetallstreifen sprechen auf die Temperatur des das Ansatzstück durchsetzenden Heizmediums an und sind so ausgewählt, daß die Absperrvorrichtung 21 sich erst bei einer Temperatur öffnet, die oberhalb jener liegt, bei der die Absperrvorrichtung 20 geöffnet wird.

Für alle genannten Ausführungsformen gilt:

— wenn der Hahni? in der Zuleitung um einen ersten Betrag geöffnet wird, stellt sich die vorher unter a) genannte Betriebsweise ein (Umlauf des Heizmediums nur in der Leitung A oder — für die Ausführungsform nach den F i g. 2 und 3 — vorzugsweise in dieser Leitung);

wenn der Hahn R um einen weiteren Betrag geöffnet wird, stellt sich die vorher unter b) genannte Betriebsweise ein (Umlauf des Heizmediums nur in den Leitungen A und B oder — für die Ausführungsform nach den F i g. 2 und 3 — vorzugsweise in diesen Leitungen);
— wenn der Hahn R bis zu einer dritten Stellung geöffnet wiftl, ergibt sich die vorher unter c) genannte Betriebsweise, d. h. eine Zirkulation des Heizmediums in allen Leitungen A, B und C.
Vorteilhaft können die Ventile und Absperrvorrichtungen so ausgebildet sein, daß sie entweder stufenlos öffnen oder nach Art einer Ein-Aus-Schaltung öffnen, sie können aber auch durch eine außerhalb des Wärmeaustauschers gelegene Wirkungsmechanik beeinflußbar sein.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Wärmeaustauscher, insbesondere für Kraftfahrzeuge, bei dem etwa quer zur Richtung der durch diesen strömenden Luft mindestens zwei Wärmeaustauscherleitungen für die Zirkulation eines flüssigen Heizmediums parallel zueinander und übereinander angeordnet sind und ein Haupthahn zum Einstellen des Durchsatzes durch diese Leitungen vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der Leitungen (A, B, C) ein Drosselorgan (12, 14, 15, 20, 21) derart zugeordnet ist, daß in Abhängigkeit von der Einstellung des Haupthahnes (12) jeweils der Durchsatz des Heizmediums durch die einzelnen Wärmeaustauscherleitungen von oben nach unten zunimmt.

2. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Drosselorgan als Scheibe (12) mit einer oder mehreren in der Größe abgestuften Ausnehmungen (10, 11) ausgebildet ist. ' .'

3. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Drosselorgan ein Ventil (14, 15) vorgesehen ist, das bei einer bestimmten Druckdifferenz entgegen einer Federkraft öffnet. ; ■■ ;

4. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Drosselorgan als temperaturgesteuerte Absperrvorrichtung ausgebildet ist.

5. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Drosselorgan außer durch die genannten Mittel noch durch eine außerhalb des Lufterhitzers gelegene Wirkungsmechanik beeinflußbar ist.