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Wärmetauecheri imbeaondere zur Klinatisierung von Kraftfahrzeugen
Die Erfindung betrifft Wärmetauscher, i»beooÜdere solcher die
zur Klimatisierung
von Kraftfahrzeugen unter Verwendung den Notorkühlwandern benutzt worden.
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Zur Klimatisierung von Kraftfahrzeugen Ist es-erforderlich# die Erwärmung
der von außen angeaaugten und In den Sitzraum eingeblasenen Luft in Abhängigkeit
von der Außentemperatur zu regeln. Da die Temperatur den Beizwassern in wesentlichen
konstant isti, ist bereits vorgeschlagen wordeng die Heizung der luh dadurch zu
regeln, daß der Zufluß den Wassern zum je nachdem verringert oder
erhöht wird. Wenn der Zufluß verringert wird,* bleibt jedoch elne bestimmter
In Wärmetauscher sirkulierende Wassermenge länger In BerWu=& mit der
zu erwärmenden luft, so
daß ei* unter vonnt gleichen Umständen eine größere
Wärmemen«e
abgibt als bei schnellem Ualauf. Um die Parwärmung
zu verringern, ist es deshalb bisher erforderlich, den Wasserzufluß reiattiv e stark
-zu drosseln, wodurch Schwierigkeiten bei der Regelung auftreten, beispielsweise
für die Konstruktion des Zufluß-Regelventils.
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Durch die Erfindung soll deshalb ein verbesserter Wärmetauscher verfügbar
gemacht werden" insbesondere zur Klimatisierung von Kraftfahrzeugen, bei dem diese
Schwierigkeiten beseitigt sind. Die Erfindung ist besonders anwendbar auf üblicherweise
zur Klimatisierung von Kraftfahrze ffln benutzte Wärmetauscher, bei denen die für
den Umlauf des warmen Wassers vorgesehenen Rohre ein Vorlauf-Rohrbündel und ein
Rücklauf-Rohrbündel bilden, die parallel zueinander angeordnet sind. Die Erfindw.ig
betrifft insbesondere solche Wärmetauscher, bei denen das Vorlauf-Rohrbündel an
einen Sammler oder einen Eingangs-Wasserkasten angeschlossen ist, und das
Rücklauf-RohrbUndel an einen Sammler oder einen RUoklauf-WasserkaEiten" und
bei dem die beiden Wasserkästen auf der gleichen Seite der RohrbUndel angeordnet
sind.
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Bisher ist versucht worden,» eine thermische Isolierung zwischen dem
Vorlauf-WaBserkaaten und dem RUcklauf-Wasserkanten herbeizufUhren, um den Wirkungagrad
dei3'Wärmetaußchert3 nicht zu verringern
" oder es wurde wenigstens
die Wärmeleitfähigkeit zwisohen diesen beiden Kästen nicht als wichtiger Faktor
betrachtet; Im Gegensatz dazu sollen erfindungsgemäß bei einem derartigen- Wärmetauscher
der Vorlauf-Wasserkanten und der Rücklauf-Wasserkasten in gut wärmeleitender Bezie
hung zueinamder angeordnet sein.
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Bei einer Ausführungsform einen erfindungsgemäßen Wärmetauschers haben
der RUcklauf-Wasserkasten und der Vorlauf.-Wasserkasten eine gemeinsame Zwischen-
oder Trennwand mit _Suter Leitäh-g- C keit, wobei die beiden Kästen so angeordnet
sind, daß diese ge-
meinsame Zwischen- oder Trennwand eine möglichst große
Oberf14-ehe hat.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erflr-äung wird die Fläche der gemeineanen
Trennwand hinsichtlich den Wärmeaustausche vergrößert, beispielsweise durch
Wellungen und dergleichen.
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Bei einer anderen AuefUhrungsform der Erfindung wird zwischen dem
Vorlauf-Wasserkasten und dem Rücklauf-Waaserkanten stromabwärte vom Regelventil
ein lebenaohluß angeordnet, der derart aufgebaut istl# daß er oberhalb einen bestimmten
Zuflußwertes, der innerhalb des Regelbereiches liegt, das Wasser zu einer-Wirbelbildimg
veranlaßt, die den Durchfluß den Wassern wenigstens teil-weise
sperrt.
Bei Zuflußwerten unterhalb des bestimmten WerteG strömt
dias Wasser laminar im Netenschluß, d.h. es ergibt sich ein relatJ'v geringer Widerstand,
so daß die im Wärmetauscher umlauferde WaFz sermenge noch weiter verringert wird;
bel, höherer Zuflußwerte ri bietet der Nebenschluß im Gegensatz dazu dem 'eaF.serdurchfluß
e` nen relativ hohen Widerstand, so daß der größere Teil des eirtretenden Wassers
in dem Rohrbündel umläuft. 'denn die Luft ntr wenig aufgeheizt zu werden braucht,
kann dann vermieden werden, daß durch Schließune des Ventils der Wasserzuf.luß auf
sehr kleine Werte gedrosselt-verden muß.
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Allgemein gesprochen kann bei einem erfindungsgemäßen Wärmetauschor
die Erwärmung der Luft geregelt werden, ohne daß es-notwendig ist, den Heizwasserzufluß
in Bereichen geringer Zuflußwerte so präzise regeln zu müseen -die bei bisher bekannten
Wärmetauschern.
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Die Erfindung soll anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungebeispielen
näher erläutert werden; es zeigen: Pig. 1 eine schematische Ansicht einen
erfindungegemäßen Wärmetauschers; Fig. 2 eine Seitenansicht einer Auoführungsform
eines erfindungegemäßen Wärmetauschern;
Fig. 3 eine Aufsicht
auf einen Wärmetauscher nach ?lg. 1 oder 2; Fig. 4 eine Ansicht
des Wärmetauschers nach Fig. 3 in Richtung des Pfeiles A;
Fig.
5 eine schematische Teildarstellung einer anderen Ausführungsform; Pig.
6 eine schematische Teildarstellung einer weiteren Ausführungsform;
Fis. 7 eine schematische Teilannicht noch einer weiteren Aue-Fig.
8 eIne der Pig. 4 entsprechende Darstellung noch einer anderen Aua£Wnmngeforme,
und Fig. 9 eine Nurvondarstellung.
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Der in Fig. 1 dargestellte Wärmetausoher besteht aus einem-ereten
BUndel 10 aus parallelen Rohren, oder Vorlaufrohreng die an einen Vorlauf-Wasserkanten
11 angeschlossen sind, und einem zweiten Bündel 12 aus parallelen Rohren
oder Rücklaufrohren, die in einen Rücklauf-Wasserkasten 13 münden; die Vorlauf-
und die Rücklaufrohre sind in üblicher Weise mit einem Zwipehen-w-Wasserkasten 14
miteinander verbundeng, an den sowohl die Rohre den Bündels 10
als
auch die den Bündele 12 angeschlossen sind.
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Erfindungegemäß weinen der Vorlauf-Wasserkasten 11 und der
Rücklaut-Waaserkasten 13 eine gemeinsame Trennwand 15 auf, so daß
eine
Seite 16 dieser rrennwand mit dem Wasser-im Vorlauf-Wasserkasten und die
andere Seite 17 mit dem Wasser im Rücklauf-Wasserk#sten in BerUhrung steht.
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Der Gesamtaufbau eines erfindungegem.Uen Wärmetauschers aus Rohren
ist allgemein ein Parallelepiped, und die Anordnung ist so gewählt, daß die Verbindung
der Wasserkästen durch die Trennwand 15 längs einer größten Abmessung der
rechteckigen Stirnseite der.BUndel liegt.
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Die Fläche der Trennwand 15 ist so ver#gleichsweise groß, und
der Wärmeauatausch zwischen den Wasser In dem Vorlauf-Wasserkasten 11 und
dem Wasser in RUcklauf-Kasten 13 ist dann erheblich.
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Gemäß fig. 2 bis 4 hat ein Tdrmetausönier 20 allgemein die Form eines
Parallelepipode mit zwei großen Plächen 21 und 22, zwei weiteren Plächen
23 und 24, die parallel zu den Achsen der RohrbUndel liegen und senkrecht
zu den Plächen 21 und 22, und eine Seite 25 für den W«ou%-Yor- und Rück:Lauf.
Auf der Fläche 25
ist ein Kasten 26 angeordnet, der mit einer Mittel-Trennwand
27
in zwei Kästen oder Kamern 28 bzw. 29 unterteilt iste die als Vorlauf-
bzw. RUcklauf-Kästen dienen, dabei ist die-Trennwand 27
parallel zur IdbWoeJLte
der Pläche 25 angeordnet. Auf der Sei-' to 36 parallel mw Pläche
25 Ist ein Kanten oder eine Kammer 37
angeoremet.
Das Vorlai;Lf,rohr 33 ist mit einem Flansch 30 mit dem Kasten 28 verbunden,
tind als.Rücklauf ist ein Rohr 31 vorgesehen. Die Rergelung der Erwäzmung
der durch den Wärmetauscher im Sinne der Pfeile f hindurchtretenden Luft erfolgt
mit einem Ventil 32" das in das Vorlaufroba- 33 eingesetzt ist, und zwar
stromaufwärts vom Kasten 28. Wenn de.a Ventil 32 offen istp ist die
Zuflußmenge des Wassers zu den Rotren 34 und 35 hoch, und die Temperätur
des Wassers -im Rücklarfkasten 29 unterscheidet sich relativ wenig
von der des Wassais im Vorlaufkasten 28. 'Mie durch d4.e 1-.eitfähigkeit der Zwischerwand
27 vom Vorlauf zum Rücklauf übertragene Wärmemerge ist deshalb relativ gering.
Wenh jedoch nach einem teilweisen Schliefien des Ventils die durch die Rohrbündel
.,etrömende Merge an warmem Wasser gerir"l# ist, ist der Temperaturunterschied zwischen
dem Rücklaufwasser und dem Vorlaufwasser relativ hoch, und dank der '-#rieatfähigkeit
der Zwischenwand 27
ist-der Wärmeübergang zwischen dem Vorlaufwasser im Vorlauf-Kasten
und dem Rücklaufwasserp im Rücklauf-Kdsten._re'iativ hoch. Dieser Nebenschluß der
Wärmeenergie über die Trennwand 27 erlaubt bei gleicher, seiiwacher Wärmemengen-Anforderung
eine höhere Waar-erzuflußmeffl zu verwenden, als es bei-den bisher bekannten Vorrichtungen
möglich war.
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-lei der Ausführungsform nach Fig. 5, die eine Variante betrifft
und bei der die Vorlauf- und Rücklaufrohre nicht dargestellt sind, sind'der Vorlauf-Wasserkasten
40 und der Rücklauf-Wasserkanten
41 in üblicher Weise aufgebaut,
d.h. es ist keine gemeinsame Trennwand vorgesehen. Die Wärmeleitfähigkeit zwischen
den beiden Kästen wird durch Zwischenschalten eines leitenden Körpers 42 gewährleistet,
der gleichzeitig mit dem Kasten 40 und dem Kasten 41 in Berührung steht, Bei der
Ausfülurungsform nach Pig. 6 ist ein permaneii-IV-er Nebenachluß
50 zwischen dem Vorlauf-Wasserkasten 51 und dem Rtick«%.auf-Wasserkaßten
52 angeordnet, und dieser Nebenschluß ist derart konstruiert, daß oberhalb
eines bestimmten Wdrtes des Zuflus-Idee an warmem Wasser, entsprechend der Regelung
durch das Ventil 534 im Vorlaufrohr 54, das Wasser im Nebezischluß
50 verwirbelt strömt. Während nun bei Zuflußmengen kleiner als de-- bestir,kmte
Wort der Nebenschluß 50 nur einen geringen Strömungswiderstand bietet und
dementsprechend die durch den Nebenschluß strömende Wassermenge beachtlich ist,
so daß die in den Vorlauf-Rohren 55 und den Rücklauf-Rohren 56 strömende
Wassermenge noch weiter verringert wird, ist der Strömungswiderstand des Nebenschlusses
50 bei Werten des Zuflusses oberhalb des bestimmten Werten hoehg und dementsprechend
ist die durch den Nebenschluß strömende Wassermenge gering. Der größte Teil des
Vorlaufwassera läuft dann in den Rohren 55 und 56 um, so daß die gewünschte
starke Erwexmung der Luft erreicht wird.
Eine Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Nebenschlusses -sind Schlitze in einem den Vorlauf- und den Rücklauf-Kasten
trenzenden Bleohv deren Bördelkanten auf der dem Vorlaufkasten zugewandten Seite
angeordnet sind.
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Bei der Variante nach Fig. 7 wird eine Verbindung zwischen
dem Vorlaufkasten 70 und dem Rücklaufkasten 71 mit Kanälen
72 erreicht, die zwischen den einander gegenüberstehenden Flächen
73
und 74 der Kästen 75 und 76 vorgeßehen sind, an die die nicht
dargestellten Vor- und Rücklaufrolare für das*Warmwasser angeschlossen sind.
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Bei der Ausführungsform nach Fig. 8 besteht der Nebenschluß
aus einem oder mehreren Löchern 60, die ir. der gemeinsamen Trennwand
61 zwischen dem Vorlaufkasten 62 und dem Rücklaufkasten
63
vorgesehen sind. Eine derartige Ausführungsform kombiniert die Vorteile
der Anordnung nach Fig. 2 bis 4 mit denen einer Anordnung der Pig. 6 und
7.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird bei der einen oder anderen
Ausführungeform der Wärmetauscher derart angeordnet, daß im Gegensatz zur üblichen
Anordnung der Wasservorlauf auf der Seite angeordnet Isto in der das kalte Strömungsmittel
eindringt.
Pise 9 zeigt graphisch in der Kurve
A die Wärmeleistung in Kalorien (al-s Ordinate)v die an einen Luftstrom übertragen
wirdg der den Wärmetauscher durchsetzt# in Abbän igkeit von der Zuflußmenge
an warmem Wasser (Abszisse) für einen üblichen Wärmetauscher. Die-Kurve B
zeigt die Werteu die unter gleichen Bedingungen mit einem erfindungegemäßen
Wärmetauscher erhalten werden.
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Bei einem Wärmetauscher oder Radiator, desse4 Stirnseite
2,5 dm2 mißt und bei dem erfindungagemäß zwischen dem Wasservorlaufkasten
und dem WasserrUoklaufkanten ein Nebenschluß angeordnet ist, der aus einem Loch
von 4 mm Durchmesser In der Trennwand bestehtg de den Vorlauff- von Rücklauf-Kaaten
trennt, bei einer Tomperaturdifferenn von 100'0 zwischen der Luft und dem Wasser
der Wärmeleistungsverlunt gegenüber einem Wärmetauscher ohne Nebenschluß nicht größer
als 5 - 10 % bei einem Waseerdurchfluß von 500 Liter/Std.. wobei die
Luftmenge inilochen 100 cbm/Std. und 200 obm/Std. liegen kann, Bei Betrieb
mit schwacher Leistung muß zur Erzielung gleicher Wärmeleietungen dio Wasserzuflußaenge
bei einem üblichen Wärmetaunaher bis aur 10 liter/Std. verringert werdeng
während bei
einem*erfindungsgemäßeii Wärmetauaoher eine Verringerung auf
65 Liter/Std. genügt.
Wonn eine ein wenig größere Wärmeleistung
benötigt wird, muß die Wassermenge in einem bekannten Radiator äuf 20 Liter/Std.
herabgesetzt werden, während bei einem erfindungogemäßen Radiator das gleiche Ergelnis
mit einer Wassermenge von 85 Liter/Std. erreicht werden kann.