DE19813069B4

DE19813069B4 - Anordnung von Wärmeübertragern, insbesondere in einem Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE19813069B4
Application number: DE19813069A
Authority: DE
Inventors: Peter Dr.-Ing. Ambros
Original assignee: Behr GmbH and Co KG
Current assignee: Mahle Behr GmbH and Co KG
Priority date: 1998-03-25
Filing date: 1998-03-25
Publication date: 2008-11-27
Anticipated expiration: 2018-03-26
Also published as: DE19813069A1

Abstract

Anordnung von mindestens zwei von Umgebungsluft (7) beaufschlagten, luftseitig in Reihe angeordneten Wärmeübertragern (2, 3), insbesondere im Motorraum (1) eines Kraftfahrzeuges, bestehend aus Rohren (10, 11), in welchen ein flüssiges und/oder gasförmiges 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, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeübertrager in ihren überdeckten (8) und nicht überdeckten (9) Stirnflächenbereichen jeweils derart bemessen sind, daß über die gesamte Anordnung der Wärmeübertrager der luftseitige Druckabfall (Δp₂) im überdeckten Bereich (8) und der luftseitige Druckabfall (Δp₁) im nicht überdeckten Bereich (9) annähernd gleich ist, wobei der luftseitige Druckabfall im überdeckten Bereich sich zusammensetzt aus dem luftseitigen Druckabfall (Δp₂₁) des luvseitigen Wärmeübertragers und aus dem luftseitigen Druckabfall (Δp₂₂) des leeseitigen Wärmeübertragers.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung von Wärmeübertragern gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bei der Anordnung von luftbeaufschlagten Wärmeübertragern in Kraftfahrzeugen ist es bekannt, diese luftseitig in Reihe zu schalten. Dabei wird vor einen ersten Wärmeübertrager, der auf der Leeseite der gesamten Anordnung der Wärmeübertrager liegt, luvseitig mindestens ein weiterer Wärmeübertrager angeordnet, dessen Stirnfläche kleiner ist als die des ersten Wärmeübertragers, so daß sich die Stirnflächen der Wärmeübertrager bereichsweise 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 beaufschlagt 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 bereichsweise überdeckten Wärmeübertrager eine Inhomogenität bezüglich der Luftgeschwindigkeit zwischen dem überdeckten und dem nicht überdeckten Bereich und damit auch eine Inhomogenität der Wärmeübertragung ergibt, was eine Verminderung der Wärmeübertragungsleistung dieses Wärmeübertragers und auch der gesamten Anordnung der Wärmeübertrager zur Folge hat.
Es ist aus der Druckschrift DE 3427161 A1 bekannt, daß ein Kühler, der einzeln im Motorraum eines Kraftfahrzeuges angeordnet ist und in Teilbereichen seiner Stirnfläche durch Vorbauten verdeckt ist, in diesen Teilbereichen 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 zwischen den jeweils überdeckten und nicht überdeckten Bereichen von Anordnungen von mehreren Wärmeübertragern luftseitig in Reihe findet dabei keine Berücksichtigung.
Die DE 41 42 023 A1 offenbart eine Wärmetauschereinheit, bei welcher in einem Rahmen zwei Wärmetauscher in zwei Ebenen angeordnet sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung von Wärmeübertragern der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, die eine homogene Wärmeübertragung über die Stirnfläche der Wärmeübertrager verbessert und die Wärmeübertragungsleistung der gesamten Anordnung erhöht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Bei dieser gemäß Anspruch 1 ausgebildeten Anordnung von Wärmeübertragern werden die Wämeübertrager in ihren überdeckten und nicht überdeckten 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 annähernd 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 Wärmeübertragungsleistung des überdeckten Wärmeübertragers auch die Wärmeübertragungsleistung des überdeckenden 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 Verringerung der Anzahl der Rohrreihen im jeweils überdeckten Stirnflächenbereich.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
1 einen Querschnitt entlang der Linie 1-1 von 2;
2 eine schematische Ansicht der Anordnung von zwei luftseitig in Reihe geschalteten Wärmeübertragern.
1 zeigt einen Motorraum 1 eines Kraftfahrzeuges, das nicht näher dargestellt ist. In diesem Motorraum 1 sind ein erster Wärmeübertrager 2, beispielsweise ein Kühlmittelkühler, und ein weiterer Wärmeübertrager 3, beispielsweise ein Ladeluftkühler, angeordnet. Der Motorraum 1 ist in Richtung der Vorderseite des Kraftfahrzeuges, also auf der linken Seite der 1, durch einen Kühlergrill 4 begrenzt. Die beiden Wärmeübertrager 2 und 3 sind luftseitig in Reihe geschaltet. Dabei ist der mit 3 bezeichnete Wärmeübertrager 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 2 besteht der Wärmeübertrager 2 aus Rohren 10 und der Wärmeübertrager 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 angebracht 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 Bereich 8, der luftseitig durch den Wärmeübertrager 3 überdeckt ist, ist die Dichte der Rippen geringer als in dem Bereich 9, der luftseitig nicht überdeckt wird.
Wie in 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 Druckes 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 Wärmeübertragungsleistung sollen die Rippendichten so aufeinander abgestimmt werden, daß der Druckabfall Δp₁ und der Druckabfall Δp₂ annähernd gleich werden. Dadurch ist gegenüber einer Anordnung, bei der die Wärmeübertrager über die gesamte Stirnfläche konstante Dichten der Rippen aufweisen, eine Erhöhung der Wärmeübertragungsleistung möglich.
Simulationsrechnungen zeigen, daß bei einer Dichte der Rippen des Wärmeübertragers 2 (Kühlmittelkühler) im nicht überdeckten Bereich 9 von R_i1 = 75/dm und einer Dichte der Rippen des Wärmeübertragers 3 (Ladeluftkühler) von R_i2 = 45/dm und einer Dichte der Rippen des Wärmeübertragers 2 im überdeckten Bereich 8 von R_i2 = 45/dm eine Verringerung der Ladeluftaustrittstemperatur um etwa 2°C bei gleichwertiger Kühlmittel kühlung im Vergleich zu einer Anordnung von Wärmeübertragern mit jeweiligen Dichten der Rippen von R_i1 = R_i2 = 60/dm erzielt wird, wenn die Stirnfläche des Wärmeübertragers 2 doppelt so groß ist wie die des Wärmeübertragers 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 teeseitig gelegen sein. Auch bei einer solchen Anordnung ergeben sich die oben beschriebenen 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

Anordnung von mindestens zwei von Umgebungsluft (7) beaufschlagten, luftseitig in Reihe angeordneten Wärmeübertragern (2, 3), insbesondere im Motorraum (1) eines Kraftfahrzeuges, bestehend aus Rohren (10, 11), in welchen ein flüssiges und/oder gasförmiges 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, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeübertrager in ihren überdeckten (8) und nicht überdeckten (9) Stirnflächenbereichen jeweils derart bemessen sind, daß über die gesamte Anordnung der Wärmeübertrager der luftseitige Druckabfall (Δp₂) im überdeckten Bereich (8) und der luftseitige Druckabfall (Δp₁) im nicht überdeckten Bereich (9) annähernd gleich ist, wobei der luftseitige Druckabfall im überdeckten Bereich sich zusammensetzt aus dem luftseitigen Druckabfall (Δp₂₁) des luvseitigen Wärmeübertragers und aus dem luftseitigen Druckabfall (Δp₂₂) des leeseitigen Wärmeübertragers.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die örtliche Dichte der Rippen (13) des mit der jeweils größeren Stirnfläche (5) ausgeführten Wärmeübertragers (2) im überdeckten Stirnflächenbereich (8) geringer ist als im nicht überdeckten (9) Stirnflächenbereich.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der Rohre (10) (Rohrteilung) des Wärmeübertragers (2) mit der jeweils größeren Stirnfläche (5) im überdeckten Stirnflächenbereich (8) größer ist als im nicht überdeckten Stirnflächenbereich (9).
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre (10) als Flachrohre ausgebildet sind, wobei 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 überdeckten Stirnflächenbereich (9).
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der Wärmeübertrager (2, 3) mehrreihig ausgeführt ist, wobei die Anzahl der Rohrreihen des Wärmeübertragers (2) mit der jeweils größeren Stirnfläche (5) im überdeckten Stirnflächenbereich (8) geringer ist als im nicht überdeckten Stirnflächenbereich (9).
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeübertrager (2) mit der jeweils größeren Stirnfläche (5) leeseitig angeordnet ist.