DE1979805U

DE1979805U - Waermetauscher, insbesondere zur klimatisierung von kraftfahrzeugen.

Info

Publication number: DE1979805U
Application number: DES63313U
Authority: DE
Original assignee: Francaise du Ferodo SA
Current assignee: Valeo SE
Priority date: 1966-12-12
Filing date: 1967-12-11
Publication date: 1968-02-29
Also published as: FR1510961A; DE1679423A1

Description

RA.702 98HU267

PATENTANWÄLTE

DR. CLAUS REINLÄNDER

DlPL-ING. KLAUS BERNHARDT

D-8 MÜNCHEN 8
ZEPPELINSTRASSE 73

SOCIEIE ANONYMS PRAHCAISE W FERODO Paris / Frankreich

Wärmetauscher, insbesondere zur Klimatisierung von

Kraftfahrζeugen

Die Erfindung betrifft Wärmetauscher, insbesondere solche» die zur Klimatisierung von Kraftfahrzeugen unter Verwendung des Mo-* torkühlwaesers benutzt werden.

Zur Klimatisierung von Kraftfahrzeugen ist es erforderlich, die Erwärmung der von außen angesaugten und in den Sitzraum eingeblasenen Luft in Abhängigkeit von der Außentemperatur zu regeln. Da die Temperatur des Heizwaseers im wesentlichen konstant ist, iat "bereite vorgeschlagen worden, die Heizung der Luft dadurch zu regeln, daß der Zufluß des Wassers zum Wärmetauscher je nachdem verringert oder erhöht wird. Wenn der Zufluß verringert wird, bleibt jedoch eine bestimmte, im Wärmetauscher zirkulierende Wassermenge länger in Berührung mit der zu erwärmenden Luft, so daß sie unter sonst gleichen Umständen eine größere Wärmemenge

abgibt als bei schnellem Umlauf, Um die Erwärmung zu verringern, ist es deshalb bisher erforderlich, den Wasserzufluß relativ stark zu drosseln, wodurch Schwierigkeiten bei der Regelung auftreten, beispielsweise für die Konstruktion des Zufluß-Regelventils.

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 Kraftfahrzeugen benutzte Wärmetauscher, bei denen die für den Umlauf des warmen Wassers vorgesehenen Rohre ein Torlauf-Rohrbündel und ein Rücklauf-Rohrbündel bilden, die parallel zueinander angeordnet sind. Die Erfindung betrifft insbesondere solche Wärmetauscher, bei denen das ITorlauf-Rohrbündel an einen Sammler oder einen Eingangs-Wasserkasten angeschlossen ist, und das Rücklauf-Rohrbündel an einen Sammler oder einen Rüeklauf-Wasserkasten, und bei dem die beiden Wasserkästen auf der gleichen Seite der Rohrbündel angeordnet sind.

Bisher ist versucht worden, eine thermische Isolierung zwischen dem Vorlauf«Wasserkasten und dem Rücklauf-Wasserkasten herbeizuführen, um den Wirkungsgrad des Wärmetauschers nicht zu ver-

ringern» oder es wurde wenigstens die Wärmeleitfähigkeit zwischen diesen "beiden Kästen nicht als wichtiger Faktor betrachtet; im Gegensatz dazu sollen erfindungegemäß bei einem derartigen Wärmetauscher der Torlauf-Wasserkasten und der Rücklauf-Wasserkasten in gut wärmeleitender Beziehung zueinander angeordnet sein.

Bei einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers haben der Rücklauf-Wasserkasten und der Vorlauf-Wasserkasten eine gemeinsame Zwischen- oder Trennwand mit guter leitfähigkeit, wobei die beiden Kästen so angeordnet sind, daß diese gemeinsame Zwischen- oder Trennwand eine möglichst große Oberfläche hat.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird die Fläche der gemeinsamen Trennwand hinsichtlich des Wärmeaustausche vergrößert, beispielsweise durch Wellungen und dergleichen.

Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird zwischen dem Vorlauf-Wasserkasten und dem Rücklauf-Waeserkasten stromabwärts vom Regelventil ein Nebenschluß angeordnet, der derart aufgebaut ist, daß er oberhalb/ eines bestimmten Zuflußwertes, der innerhalb des Regelbereiches liegt, das Wasser zu einer Wirbelbildung veranlaßt, die den Durchfluß des Wassers wenigstens teilweise sperrt.

■:;//>'ΐ[Η s'I:'''¹''¹'■■■;'!'■: Ϊi'C ■■ '..'■ ■', "«■■■»ί..i.ii■" w'9^iV '''>'■ ' V ■'

.■ - 4 -

Bei Zuflußwerten unterhalb des bestimmten Wertes strömt das Wasser laminar im Nebenschluß, d.h* es ergibt sich ein relativ geringer Widerstand, so daß die im Wärmetauseher umlaufende Wassermenge noch weiter verringert wird; bei höheren Zuflußwerten bietet der Nebenschluß im Gegensatz dazu dem Wasserdurchfloß einen relativ hohen Widerstand_t so daß der größere Teil des eintretenden Wassers in dem Rohrbündel umläuft. Wenn die Luft nur wenig aufgeheizt zu werden braucht, kann dann vermieden werden, daß durch Schließung des Yentils der Wasserzufluß auf sehr kleine Werte gedrosselt werden muß.

Allgemein gesprochen kann bei einem erfindungsgemäßen Wärmetauscher die Erwärmung der Luft geregelt werden₉ ohne daß es notwendig ist, den Heizwasserzufluß in Bereichen geringer Zuflußwerte so präzise regeln zu müssen wie bei bisher bekannten Wärmetauschern.

Die Erfindung soll anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert werden; es zeigens

Pig» 1 eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers;

Fig. 2 eine Seitenansicht einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers?

Fig« 3 eine Aufsicht auf einen Wärmetauscher nach Fig. 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;

Fig· 6 eine sclematische leildarstellung einer weiteren Ausführungsform;

Fig. 7 eine schematische Teilansieht noch einer weiteren Ausftthriuagsform?

Flg. 8 eine der FIg₀ 4 entsprechende Sarstellung noch einer anderen Ausführungsform; und

Fig. 9 eine Kurvendarstellung·

Der in Fig· 1 dargestellte Wärmetauscher besteht aus einem ersten Bündel 10 aus parallelen Rohren, oder Vorlaufrohren, die an einen Vorlauf-Wasserkasten 11 angeschlossen sind, und einem zweiten Bündel 12 aus parallelen Rohren oder Rüeklaufrohren, die in einen Rücklauf-Wasserkasten 13 münden? die Vorlauf- und die Rücklauf/röhre sind in üblicher Weise mit einem Zwischen-Wasserkasten 14 miteinander verbunden, an den sowohl die Rohre des Bündele 10 als auch die des Bündele 12 angeschlossen sind.

ErfindungsgemäB weisen der Vorlauf-Wasserkasten 11 und der Rücklauf-Wasserkasten 13 eine gemeinsame Trennwand 15 auf, so daß

eine Seite 16 dieser Trennwand mit. dem Wasser im Vorlauf-Wasserfcasten und die andere Seite 17 mit dem Wasser im Rücklauf-Wasserkasten in Berührung steht.

Der Gesamtaufbau eines erfindungsgemäßen 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 Bündel liegt.

Die Fläche der Trennwand 15 ist so vergleichsweise groß, und der Wärmeaustausch zwischen, dem Wasser in dem Vorlauf-Wasserkasten 11 und dem Wasser im Rücklauf-Kasten 13 ist dann erheblich.

Gemäß Pig. 2 bis 4 hat ein Wärmetauscher 20 allgemein die Form eines Parallelepipeds mit zwei großen Flächen 21 und 22, zwei weiteren Flächen 23 und 24» die parallel zu den Achsen der Rohrbündel liegen und senkrecht zu den Flächen 21 und 22, und eine Seite 25 für den Wasser-Vor- und Rücklauf. Auf der Fläche 25 ist ein Kasten 26 angeordnet, der mit einer Mittel-Trennwand in zwei Kästen oder Kammern 23 bzw. 29 unterteilt ist, die als Vorlauf- bzw. Rücklauf-Kästen dienen, dabei ist die Trennwand parallel zur Längsseite der Fläche 25 angeordnet. Auf der Seite 36 parallel zur Fläche 25 ist ein Kasten oder eine Kammer

an.gsordn'5t, IHb Vorlaufrohr 33 ist mit einem flansch 30 mit dem Kasten 23 verbunden, und als Rücklauf ist ein Rohr 31 vorgesehen.

Die Regelung der Erwärmung der durch den Wärmetauscher im Sinne ler Pfeile f hindurchtretenden luft erfolgt mit einem Ventil 32, da;.-i in das Vorlauf rohr 33 eingesetzt ist» und zwar stromaufwärts vom Kasten 28, Wenn de.s Ventil 32 offen ist, ist die Zuflußmenge (less Wassers zu den Rohren 34 tmd 35 hoch, und die Temperatur aes Wassers im Rüeklaufkasten 29 unterscheidet sich relativ wenig von dsr des Wassers im Vorlaufkasten 28« Die durch die Leitfähigkeit der Zwischenwand 27 ^om Vorlauf sum Rücklauf übertragene Wärmemenge ist deshalb relativ gering. Wenn jedoch nach einem teilweisen Schließen des Ventils die durch die Rohrbündel strömende Menge an warmem Wasser gering ist, ist der Temperaturunterschied zwischen dem Rücklaufwasser und dem VorlaufwasDer relativ hoch* und dank: der Leitfähigkeit der Zwischenwand 27 ist der Wärmeübergang zwischen dem Vorlaufwasser im Vorlauf-Kasten und dem Rücklaufvasser, im.Rücklauf-Kästen, relativ hoch. Dieser Uebensehluß der Wärmeenergie über die XrexinWand 27 erlaubt bei gleicher, schwacher Wärmemengen-Anforderung eine höhere Wn.Bserzuflußraenge zu verwenden, als es bei den ,bisher bekannten Vorrichtungen möglich war.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 5» die eine Variante betrifft v&ü. bei der die Vorlauf- nnä Rücklaufrohre nicht dargestellt sina₉ sind der Vorlauf -Wasserkasten 40 und der Rücklauf-Wasserr-

kasten 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 Ausführungsform nach Pig. 6 ist ein permanenter Nebsn-Schluß 50 zwischen dem Vorlauf-Wasserkasten 51 und dem Rücklauf-Wasserkasten 52 angeordnet, und dieser Nebenschluß ist derart konstruiert, daß oberhalb eines bestimmten Wertes des Zuflusses an warmem Wasser, entsprechend der Regelung duroh das Ventil 55 im Vorlaufrohr 54, das Wasser im Nebenschluß 50 verwirbelt strömt. Während nun bei Zuflußmengen kleiner als der bestimmte Wart der Nebenschluß 50 nur einen geringen Strömungswiderstand bietet und dementsprechend die durch den Hebenschluß strömend© 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 Wertes hoch,, und dementsprechend ist die durch den Nebenschluß strömende Wassermenge gering. Der größte (Ceil des Vorlau.fwassers läuft dann in den Rohren 55 und 56 um, so daß die gewünscht te starke Srwäriaung der Luft erreicht wird«

™ Q —

Eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen nebenschlusses sind Schlitze in einem den Torlauf- und den Rücklauf-Kasten trennenden -Blech, deren Bördelkanten auf der dem Vorlaufkasten züge»» wandten Seite angeordnet sind.

Bei der. Variante nach Fig. 7 wird ein© Verbindung zwischen dem Vorlaufkasten 70 und dem Rücklaufkasten 71 mit Kanälen 72 erreicht, die zwischen den einander gegenüberstehenden Flächen 75 und 74 der Kästen 75 und 76 Torgesehen sind_s an die die nicht dargestellten Vor- und Rücklaufrohre für das Warmwasser angeschlossen sind.

Bei der Ausführungsform nach Pig. 8 besteht der Nebenschluß aus einem oder mehreren Löchern 60, die in der gemeinsamen Trenn-¹ wand 61 zwischen dem Vorlaufkasten 62 und dem Rücklaufkasten 63 vorgesehen sind. Eine derartige Ausführungsform kombiniert die Vorteile der Anordnung nach 3?ig„ 2 bis 4 mit denen einer .Anordnung der Fig. 6 und 7»

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird bei der einen oder anderen Ausführungsform der Wärmetauscher derart angeordnet, lsiϊ im Gegensatz zur üblichen Anordnung der Wasservorlauf auf der Seite angeordnet ist, in der das kalte Strömungsmittel eindringt,

v,-XCfT -ft;-. ~V- ■- ■'/·

■></#/&■ ■■/■·■■■<:-■'-v4

Pig. 9 zeigt graphisch in der Kurve A die Wärmeleistung in Kalorien (als Ordinate), die an einen Luftstrom übertragen wird, der den Wärmetauscher durchsetzt, in Abhängigkeit von der Zuflußmenge an warmem Wasser (Abszisse) für einen üblichen Wärmetauscher. Die Kurve B zeigt die Werte, die unter gleichen Bedingungen mit einem erfindungsgemäßen Wärmetauscher erhalten werden.

Bei einem Wärmetauscher oder Radiator, dessen Stirnseite 2,5 dm mißt und bei dem erfindungsgemäß zwischen dem Wasservorlaufkasten und dem Wasserrücklaufkasten ein Nebenschluß angeordnet ist, der aus einem Loch von 4 mm Durchmesser in der Trennwand besteht, dfe den Vorlauf- vom Rücklauf-Kasten trennt, bei einer Temperaturdifferenz von 100° zwischen der Luft und dem Wasser der Wärmeleistungsverlust gegenüber einem Wärmetauscher ohne Nebenschluß nicht größer als 5 - 10 # bei einem Wasserdurchfluß von 500 Liter/Std., wobei die Luftmenge zwischen 100 cbm/Std, und 200 cbm/Std, liegen kann.

Bei Betrieb mit schwacher Leistung muß zur Erzielung gleicher Wärmeleistungen die Wasserzuflußmenge bei einem üblichen Wärmetauscher bis auf 10 Liter/Std. verringert werden, während bei einem erfindungsgemäßen Wärmetauscher eine Verringerung auf 65 Liter/Std, genügt.

.../11

Wenn eine ein wenig größere Wärmeleistung benötigt wird, mv.i die Wassermenge in einem "bekannten Radiator auf 20 Liter/Std. herabgesetzt werden, während bei einem erfindungsgemäßen Radiator das gleiche Ergebnis mit einer Wassermenge von 85 Liter/Stä, erreicht werden kann.

Claims

P.A. 70298W1.12.67

138/8

Ansprüche

1, Wärmetauscher oder Radiator, inabesondere für die Klimatisierung des Sitzraums von Kraftfahrzeugen, bestehend aue zwei parallelen Rohr "bündeln, in denen das Heizwasser umläuft und die an einem Ende mit einem Vorlauf-Wasserkasten und einem Rücklauf-Wasserkasten verbunden sind, die auf der gleichen Seite des Wärmetauschers angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorlauf-Wasserkasten und der Rücklauf -Wasserkasten einen umso besseren Wärmeaustausch haben je geringer die zuströmende Heißwassermeiige ist.

Wärmetauscher nadi Anspruch 1» dadurch gekeimzeichnet, daß die Vorlauf- und Rücklauf-Wasserkästen beidssits einer'gemeinsamen Trennwand angeordnet sind, die gut wärmeleitend ist.

3ο Wärmetauscher nacla Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, da,3 "die Trennwand längs einer längswand des Wärmetauschers angeordnet ist.

4. Wärmetauscher nacli Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, da? ein permanenter Nebenschluß für die Rohrbündel zwischen dsm Vorlauf und dem Rücklauf des Heizwassers vorgesehen ist»

- 4 2 -

Wärmetauscher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine turbulente Strömung im Nebenschluß erreicht wird, wenn ein bestimmter Wert der Heizwassermenge tiberschritten wird, wobei dieser Wert innerhalb des Regelbereichs eines Regelventils für den Zufluß liegt.

6β Wärmetauscher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die turbulente Strömung mit Löchern erhalten wird, die mit Vorsprüngen auf der Vorlaufseite versehen sind,

7. Wärmetauscher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Nebenschluß zwischen dem Vorlauf-Wasserkasten und dem Rücklauf-Wasserkasten vorgesehen ist.

Wärmetauscher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Nebenschluß in einer gut wärmeleitenden Trennwand vorgesehen ist, die den Vorlauf-Wasserkasten vom Rücklauf-Wasserkasten trennt.

9. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge~ kennzeichnet, daß er derart angeordnet ist, daß der Vorlauf auf der Seite erfolgt, an der das zu erwärmende kühle Strömungsmittel eindringt.