DE19813069A1 - Anordnung von Wärmeübertragern, insbesondere in einem Kraftfahrzeug - Google Patents
Anordnung von Wärmeübertragern, insbesondere in einem KraftfahrzeugInfo
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Abstract
Anordnung von mindestens zwei von der Umgebungsluft (7) beaufschlagten, luftseitig in Reihe angeordneten Wärmeübertragern (2, 3), insbesondere im Motorraum (1) eines Kraftfahrzeuges, bestehend aus Rohren (10, 11), in welchen ein erstes Medium strömt, und luftbeaufschlagten Rippen (12, 13, 14), wobei die Wärmeübertrager (2, 3) unterschiedliche Stirnflächen (5, 6) aufweisen, so daß sich überdeckte (8) und nicht überdeckte (9) Stirnflächenbereiche ergeben. Um die Inhomogenität der Wärmeübertragung zu verringern und die Wärmeübertragungsleistung der gesamten Anordnung der Wärmeübertrager zu erhöhen, werden die Wärmeübertrager in ihren überdeckten (8) und nicht überdeckten (9) Stirnflächenbereichen jeweils derart bemessen, daß über die gesamte Anordnung der Wärmeübertrager der luftseitige Druckabfall (DELTAp¶2¶) im überdeckten Bereich (8) und der luftseitige Druckabfall (DELTAp¶1¶) im nicht überdeckten Bereich (9) annähernd gleich ist.
Description
Die Erfindung betrifft eine Anordnung von Wärmeübertragern gemäß dem
Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bei der Anordnung von luftbeaufschlagten Wärmeübertragern in Kraftfahr
zeugen ist es bekannt, diese luftseitig in Reihe zu schalten. Dabei wird vor
einen ersten Wärmeübertrager, der auf der Leeseite der gesamten Anord
nung der Wärmeübertrager liegt, luvseitig mindestens ein weiterer Wärme
übertrager angeordnet, dessen Stirnfläche kleiner ist als die des ersten
Wärmeübertragers, so daß sich die Stirnflächen der Wärmeübertrager be
reichsweise überdecken. Diese Wärmeübertrager bestehen aus Rohren, in
welchen ein flüssiges und/oder gasförmiges Medium, beispielsweise ein
Kühlmittel oder Ladeluft, strömt, und Rippen, die von Umgebungsluft beauf
schlagt werden. Solche bekannten Wärmeübertrager sind derart ausgeführt,
daß die Dichte der Rippen, d. h. die Anzahl der Rippen pro Längeneinheit,
über die gesamte Stirnfläche des jeweiligen Wärmeübertragers konstant ist.
Eine derartige Anordnung hat den Nachteil, daß sich in dem jeweils be
reichsweise überdeckten Wärmeübertrager eine Inhomogenität bezüglich
der Luftgeschwindigkeit zwischen dem überdeckten und dem nicht überdeck
ten Bereich und damit auch eine Inhomogenität der Wärmeübertragung er
gibt, was eine Verminderung der Wärmeübertragungsleistung dieses Wär
meübertragers und auch der gesamten Anordnung der Wärmeübertrager zur
Folge hat.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung von Wärmeüber
tragern der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, die die genannten
Nachteile vermeidet und die Wärmeübertragungsleistung der gesamten An
ordnung erhöht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des An
spruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Bei dieser gemäß Anspruch 1 ausgebildeten Anordnung von Wärmeübertra
gern werden die Wämeübertrager in ihren überdeckten und nicht überdeck
ten Stirnflächenbereichen jeweils derart bemessen, daß über die gesamte
Anordnung der Wärmeübertrager der luftseitige Druckabfall im überdeckten
Bereich und der luftseitige Druckabfall im nicht überdeckten Bereich annä
hernd gleich ist. Daraus ergibt sich für den bereichsweise überdeckten
Wärmeübertrager eine annähernd homogene Strömungsgeschwindigkeit der
Kühlluft über die gesamte Stirnfläche. Es erhöht sich damit neben der Wär
meübertragungsleistung des überdeckten Wärmeübertragers auch die
Wärmeübertragungsleistung des überdecken den Wärmeübertragers und
damit auch die Wärmeübertragungsleistung der gesamten Anordnung der
Wärmeübertrager.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 2
wird die Dichte der Rippen der jeweiligen Wärmeübertrager im überdeckten
Stirnflächenbereich derart aufeinander abgestimmt, daß der Druckabfall in
diesem Teilbereich und der Druckabfall im nicht überdeckten Teilbereich
annähernd gleich ist.
Eine Annäherung der jeweiligen Druckabfälle läßt sich gemäß Anspruch 3
ebenfalls erreichen, indem statt oder zusätzlich zu einer Variation der Dichte
der Rippen der Abstand der Rohre zueinander (Rohrteilung) im jeweils
überdeckten Stirnflächenbereich variiert wird. Gemäß Anspruch 4 ist dies
ebenfalls möglich über eine Verringerung der Tiefe der Flachrohre im jeweils
überdeckten Stirnflächenbereich sowie gemäß Anspruch 5 über eine Verrin
gerung der Anzahl der Rohrreihen im jeweils überdeckten Stirnflächenbe
reich.
Es ist aus der Druckschrift DE 34 27 161 A1 bekannt, daß ein Kühler, der ein
zeln im Motorraum eines Kraftfahrzeuges angeordnet ist und in Teilberei
chen seiner Stirnfläche durch Vorbauten verdeckt ist, in diesen Teilberei
chen über einen größeren Abstand der Kühlrippen zueinander verfügen
kann. Bei den dort angesprochenen Vorbauten handelt es sich allerdings um
Teile wie Stoßfänger oder Schürzen. Die Angleichung der Druckabfälle zwi
schen den jeweils überdeckten und nicht überdeckten Bereichen von Anord
nungen von mehreren Wärmeübertragern luftseitig in Reihe findet dabei kei
ne Berücksichtigung.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt
und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 einen Querschnitt entlang der Linie l-l von Fig. 2;
Fig. 2 eine schematische Ansicht der Anordnung von zwei
luftseitig in Reihe geschalteten Wärmeübertragern.
Fig. 1 zeigt einen Motorraum 1 eines Kraftfahrzeuges, das nicht näher dar
gestellt ist. In diesem Motorraum 1 sind ein erster Wärmeübertrager 2, bei
spielsweise ein Kühlmittelkühler, und ein weiterer Wärmeübertrager 3, bei
spielsweise ein Ladeluftkühler, angeordnet. Der Motorraum 1 ist in Richtung
der Vorderseite des Kraftfahrzeuges, also auf der linken Seite der Fig. 1,
durch einen Kühlergrill 4 begrenzt. Die beiden Wärmeübertrager 2 und 3
sind luftseitig in Reihe geschaltet. Dabei ist der mit 3 bezeichnete Wärme
übertrager der luvseitig gelegene und der mit 2 bezeichnete der leeseitig
gelegene Wärmeübertrager. Die Stirnfläche 5 des Wärmeübertragers 2 und
die Stirnfläche 6 des Wärmeübertragers 3 sind unterschiedlich groß. Dabei
überdeckt der mit 3 bezeichnete Wärmeübertrager in der durch die Pfeile 7
symbolisierten Strömungsrichtung gesehen den mit 2 bezeichneten Wärme
übertrager teilweise - der überdeckte Bereich wird mit der Bezugsziffer 8 und
der nicht überdeckte Bereich mit der Bezugsziffer 9 bezeichnet.
Gemäß Fig. 2 besteht der Wärmeübertrager 2 aus Rohren 10 und der Wär
meübertrager 3 aus Rohren 11, welche als Flachrohre ausgebildet sind und
in denen jeweils ein erstes Medium strömt, beispielsweise Kühlmittel in den
Rohren 10 und Ladeluft in den Rohren 11. Die Wärmeübertragungsfläche
dieser Rohre 10 und 11 ist durch Rippen 12, 13 und 14 vergrößert, welche
als Wellrippen ausgebildet und jeweils zwischen den Rohren 10 und 11 an
gebracht sind. In dem Wärmeübertrager 3 weisen die Rippen 14 innerhalb
des gesamten Wärmeübertragers eine einheitliche Dichte auf, was bedeutet,
daß die Abstände zwischen den Rippen im gesamten Bereich gleich sind.
Demgegenüber ist der Wärmeübertrager 2 bezüglich der Dichte der Rippen
12 und 13 in zwei unterschiedliche Bereiche 8 und 9 aufgeteilt. In dem Be
reich 8, der luftseitig durch den Wärmeübertrager 3 überdeckt ist, ist die
Dichte der Rippen geringer als in dem Bereich 9, der luftseitig nicht über
deckt wird.
Wie in Fig. 1 dargestellt, erfährt die Luftströmung beim Durchströmen der
Wärmeübertrageranordnung im oberen, d. h. nicht überdeckten Bereich 9
einen Druckabfall Δp1 und im unteren, d. h. überdeckten Bereich 8 einen
Druckabfall Δp2. Dabei wird unter dem Druckabfall Δp1 der Abfall des Druk
kes zwischen der Eintrittsebene (Stirnfläche 5) und der Austrittsebene
(leeseitig gelegene Fläche 15) verstanden sowie unter dem Druckabfall Δp2
der Abfall des Druckes zwischen der Eintrittsebene (Stirnfläche 6) und der
Austrittsebene (leeseitig gelegene Fläche 15), der sich zusammensetzt aus
dem Druckabfall Δp21 des jeweils luvseitig gelegenen Wärmeübertragers 3
und dem Druckabfall Δp22 des jeweils leeseitig gelegenen Wärmeübertragers
2 im überdeckten Bereich 8. Für eine Optimierung der Wärmeübertragungs
leistung sollen die Rippendichten so aufeinander abgestimmt werden, daß
der Druckabfall Δp1 und der Druckabfall Δp2 annähernd gleich werden. Da
durch ist gegenüber einer Anordnung, bei der die Wärmeübertrager über die
gesamte Stirnfläche konstante Dichten der Rippen aufweisen, eine Erhö
hung der Wärmeübertragungsleistung möglich.
Simulationsrechnungen zeigen, daß bei einer Dichte der Rippen des Wär
meübertragers 2 (Kühlmittelkühler) im nicht überdeckten Bereich 9 von Ri1 =
75/dm und einer Dichte der Rippen des Wärmeübertragers 3
(Ladeluftkühler) von Ri2 = 45/dm und einer Dichte der Rippen des Wärme
übertragers 2 im überdeckten Bereich 8 von Ri2 = 45/dm eine Verringerung
der Ladeluftaustrittstemperatur um etwa 2°C bei gleichwertiger Kühlmittel
kühlung im Vergleich zu einer Anordnung von Wärmeübertragern mit jewei
ligen Dichten der Rippen von Ri1 = Ri2 = 60/dm erzielt wird, wenn die Stirnflä
che des Wärmeübertragers 2 doppelt so groß ist wie die des Wärmeüber
tragers 3.
Bei einer weiteren, nicht in den Zeichnungen dargestellten Anordnung
könnte der über die größere Stirnfläche verfügende Wärmeübertrager
luvseitig und der Wärmeübertrager mit der kleineren Stirnfläche leeseitig
gelegen sein. Auch bei einer solchen Anordnung ergeben sich die oben be
schriebenen Vorteile.
Eine weitere, nicht in den Zeichnungen dargestellte Anordnung könnte sich
dadurch ergeben, daß luvseitig oder auch leeseitig des Wärmeübertragers,
der die größere Stirnfläche besitzt, zwei oder mehrere Wärmeübertrager mit
Stirnflächen, die gemeinsam kleiner sind als die Stirnfläche des größeren
Wärmeübertragers, parallel angeordnet werden.
Claims (6)
1. Anordnung von mindestens zwei von Umgebungsluft (7) beaufschlag
ten, luftseitig in Reihe angeordneten Wärmeübertragern (2, 3), insbe
sondere im Motorraum (1) eines Kraftfahrzeuges, bestehend aus Roh
ren (10, 11), in welchen ein flüssiges und/oder gasförmiges Medium
strömt, und luftbeaufschlagten Rippen (12, 13, 14), wobei die Wärme
übertrager (2, 3) unterschiedliche Stirnflächen (5, 6) aufweisen, so daß
sich überdeckte (8) und nicht überdeckte (9) Stirnflächenbereiche er
geben, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeübertrager in ihren
überdeckten (8) und nicht überdeckten (9) Stirnflächenbereichen je
weils derart bemessen sind, daß über die gesamte Anordnung der
Wärmeübertrager der luftseitige Druckabfall (Δp2) im überdeckten Be
reich (8) und der luftseitige Druckabfall (Δp1) im nicht überdeckten Be
reich (9) annähernd gleich ist.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die örtli
che Dichte der Rippen (13) des mit der jeweils größeren Stirnfläche (5)
ausgeführten Wärmeübertragers (2) im überdeckten Stirnflächenbe
reich (8) geringer ist als im nicht überdeckten (9) Stirnflächenbereich.
3. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge
kennzeichnet, daß der Abstand der Rohre (10) (Rohrteilung) des
Wärmeübertragers (2) mit der jeweils größeren Stirnfläche (5) im über
deckten Stirnflächenbereich (8) größer ist als im nicht überdeckten
Stirnflächenbereich (9).
4. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die
Rohre (10) als Flachrohre ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet,
daß die Tiefe der Flachrohre (10) und/oder der Rippen (13) des mit der
jeweils größeren Stirnfläche (5) ausgeführten Wärmeübertragers (2) im
überdeckten Stirnflächenbereich (8) geringer ist als im nicht überdeck
ten Stirnflächenbereich (9).
5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei minde
stens einer der Wärmeübertrager (2, 3) mehrreihig ausgeführt ist, da
durch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Rohrreihen des Wärme
übertragers (2) mit der jeweils größeren Stirnfläche (5) im überdeckten
Stirnflächenbereich (8) geringer ist als im nicht überdeckten Stirnflä
chenbereich (9).
6. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge
kennzeichnet, daß der Wärmeübertrager (2) mit der jeweils größeren
Stirnfläche (5) leeseitig angeordnet ist.
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