[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wärmetauscherbaugruppe für eine Einrichtung
zur Konditionierung von in einen Fahrzeuginnenraum einzuleitender Luft, umfassend
einen rohrartigen, langgestreckten Wärmetauscherkörper und eine Mehrzahl von von dem
Wärmetauscherkörper sich erstreckenden, zueinander im Wesentlichen parallelen Wärmeübertragungsrippen.
[0002] Zur Konditionierung der in den Fahrzeuginnenraum beispielsweise eines Personenkraftfahrzeugs
einzuleitenden Luft ist es bekannt, die hierfür erforderlichen und mit der zu erwärmenden
Luft in Wechselwirkung tretenden Systemkomponenten in einem möglichst kompakten Gehäuse
unterzubringen. Durch dieses Gehäuse wird die Luft hindurchgeleitet und umströmt somit
nacheinander verschiedene Systembereiche, in welchen sie beispielsweise Wärme aufnehmen,
Wärme abgeben oder ggf. auch Feuchtigkeit abgeben kann. Ein Problem derartiger Einrichtungen
ist der in Fahrzeugen häufig nur begrenzt zur Verfügung stehende Bauraum, was eine
sehr kompakte Ausgestaltung erforderlich macht.
[0003] Aus der
DE 102 27 626 A1 ist eine Wärmetauscherbaugruppe bekannt, welche mit einem langgestreckten, rohrartigen
Wärmetauscherkörper und daran vorgesehenen Wärmeübertragungsrippen in einem Luftführungsgehäuse
angeordnet ist. Dieses Luftführungsgehäuse wird von der in den Fahrzeuginnenraum einzuleitenden
Luft durchströmt. Mit dem Wärmetauscherkörper ist ein brennstoffbetriebener Brenner
gekoppelt, so dass im Verbrennungsbetrieb über die dabei entstehenden heißen Verbrennungsabgase
Wärme auf den Wärmetauscherkörper und von diesen auf die Wärmeübertragungsrippen übertragen
wird. Die den Wärmetauscherkörper und die Wärmeübertragungsrippen umströmende Luft
nimmt Wärme auf und kann somit erwärmt in den Fahrzeuginnenraum eingeleitet werden.
Ferner sind die Wärmeübertragungsrippen von Rohrleitungen durchsetzt, die in Verbindung
mit dem Kühlmittelkreislauf einer Brennkraftmaschine stehen. Somit kann auch über
diesen Kühlmittelkreislauf transportierte Wärme auf die Wärmeübertragungsrippen und
über diese auf die in den Fahrzeuginnenraum einzuleitende Luft übertragen werden.
Auch kann die im Verbrennungsbetrieb des brennstoffbetriebenen Brenners entstehende
Wärme über den Wärmetauscherkörper, die Wärmeübertragungsrippen und die Rippen durchsetzende
Rohrleitungen auf das Motorkühlmittel übertragen werden, um dieses in der Startphase
vorzuwärmen.
[0004] Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Wärmetauscherbaugruppe für eine
Einrichtung zur Konditionierung von in einen Fahrzeuginnenraum einzuleitender Luft
vorzusehen, mit welcher in baulich einfacher Art und Weise eine Funktionenverschmelzung
und somit eine kompakte Baugröße erlangt werden kann.
[0005] Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine Wärmetauscherbaugruppe für eine
Einrichtung zur Konditionierung von in einen Fahrzeuginnenraum einzuleitender Luft,
umfassend einen rohrartigen, langgestreckten Wärmetauscherkörper und eine Mehrzahl
von von dem Wärmetauscherkörper sich erstreckenden, zueinander im Wesentlichen parallelen
Wärmeübertragungsrippen, wobei an wenigstens einem von dem Wärmetauscherkörper entfernten
Ende wenigstens eines Teils der Wärmeübertragungsrippen ein von Flüssigkeit durchströmbarer
Kanal vorgesehen ist.
[0006] Bei der erfindungsgemäßen Wärmetauscherbaugruppe ist der Kanal am Ende der Wärmeübertragungsrippen
vorgesehen, also nicht in in diesen gebildeten Öffnungen sich erstreckend. Dies führt
zu einem deutlich einfacher zu realisierendem Aufbau und ermöglicht es gleichzeitig
auch, die Gesamtoberfläche dieses Kanals zu vergrößern, um eine höhere Wärmeübertragungseffizienz
zu erlangen. Gleichwohl kann in diesem Kanal strömendes Medium Wärme auf die Wärmeübertragungsrippen
übertragen, um somit beispielsweise Luft, welche die Wärmeübertragungsrippen umströmt,
zu erwärmen, oder kann über die Wärmeübertragungsrippen Wärme aufnehmen, um beispielsweise
ein Motorkühlmittel zu erwärmen.
[0007] Bei einer baulich ebenfalls sehr leicht zu realisierenden und eine noch höhere Effizienz
aufweisenden Ausgestaltungsform wird vorgeschlagen, dass an einem ersten Ende wenigstens
eines Teils der Wärmeübertragungsrippen ein Zuführkanal und ein Abführkanal vorgesehen
sind und an einem zweiten Ende wenigstens eines Teils der Wärmeübertragungsrippen
ein Umlenkkanal vorgesehen ist, und dass der Zuführkanal über wenigstens einen ersten
Verbindungskanal in Verbindung mit dem Umlenkkanal ist und der Abführkanal über wenigstens
einen zweiten Verbindungskanal in Verbindung mit dem Umlenkkanal ist.
[0008] Um bei einer derartigen Ausgestaltung die Umströmbarkeit der Wärmeübertragungsrippen
mit der zu konditionierenden Luft so wenig als möglich zu beeinträchtigen, wird vorgeschlagen,
dass wenigstens ein erster Verbindungskanal oder/und wenigstens ein zweiter Verbindungskanal
sich zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende entlang einer Wärmeübertragungsrippe
erstreckt. Der Zirkulation des in den verschiedenen Kanälen strömenden, im Allgemeinen
flüssigen Mediums wird dann möglichst wenig Widerstand entgegengesetzt, wenn in Zuordnung
zu jeder Wärmeübertragungsrippe, an welcher der Umlenkkanal vorgesehen ist, ein erster
Verbindungskanal oder/und ein zweiter Verbindungskanal vorgesehen ist.
[0009] Der zur Verfügung stehende Bauraum wird sehr effizient ausgenutzt, wenn der Umlenkkanal
oder/und der Zuführkanal oder/und der Abführkanal sich in der Längserstreckungsrichtung
des Wärmetauscherkörpers im Wesentlichen über alle Wärmeübertragungsrippen hinweg
erstreckt.
[0010] Ferner wird für einen sehr effizienten Wärmeübertrag zwischen den verschiedenen Kanälen
und den Wärmeübertragungsrippen dann gewährleistet, wenn vorgesehen ist, dass der
Umlenkkanal oder/und der Zuführkanal oder/und der Abführkanal mit wenigstens einer
Wärmeübertragungsrippe fest verbunden ist.
[0011] Zur Vergrößerung der zur thermischen Beeinflussung der zu konditionierenden Luft
zur Verfügung stehenden Oberfläche wird vorgeschlagen, dass zwischen wenigstens zwei
unmittelbar benachbarten Wärmeübertragungsrippen eine oberflächenvergrößernde Baugruppe
vorgesehen ist.
[0012] Dabei kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die oberflächenvergrößernde Baugruppe
wenigstens ein mit einer ondulierenden Struktur zwischen den beiden Wärmeübertragungsrippen
liegendes und wenigstens eine dieser Wärmeübertragungsrippen berührendes Wärmeübertragungselement
umfasst.
[0013] Um diese oberflächenvergrößernde Baugruppe auch sehr effizient an die verschiedenen
Kanäle anzukoppeln, wird vorgeschlagen, dass die oberflächenvergrößernde Baugruppe
den Zuführkanal oder/und den Abführkanal oder/und den Umlenkungskanal oder/und wenigstens
einen ersten Verbindungskanal oder/und wenigstens einen zweiten Verbindungskanal berührt.
[0014] Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine Einrichtung zum Konditionieren von
in einen Fahrzeuginnenraum einzuleitender Luft, umfassend ein von der Luft durchströmbares
Gehäuse und eine erfindungsgemäße Wärmetauscherbaugruppe, wobei die Wärmetauscherbaugruppe
mit sich im Wesentlichen quer zur Luftströmungsrichtung in dem Gehäuse orientiertem
Wärmetauscherkörper und im Wesentlichen parallel zur Luftströmungsrichtung orienterten
Wärmeübertragungsrippen in dem Gehäuse angeordnet ist.
[0015] Dabei kann weiter vorgesehen sein, dass der Wärmetauscherbaugruppe ein mit Brennstoff
betriebener Brennerbereich zugeordnet ist, wobei den Brennerbereich verlassende Verbrennungsabgase
in den Wärmetauscherkörper eingeleitet werden.
[0016] Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen
Wärmetauscherbaugruppe, bei welchem Verfahren zunächst die Wärmeübertragungsrippen
mit dem Kanal zu einer vorgefertigten Baugruppe zusammengefasst werden und daraufhin
die vorgefertigte Baugruppe mit dem Wärmetauscherkörper verbunden wird.
[0017] Die Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen detailliert
beschrieben. Es zeigt:
- Fig. 1
- eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Wärmetauscherbaugruppe;
- Fig. 2
- eine Längsschnittansicht der erfindungsgemäßen Wärmetauscherbaugruppe, welche in ein
Luftführungsgehäuse integriert ist;
- Fig. 3
- eine Schnittansicht der in Fig. 2 dargestellten Wärmetauscherbaugruppe, geschnitten
längs einer Linie III-III in Fig. 2;
- Fig. 4
- eine der Fig. 2 entsprechende Ansicht einer abgewandelten Ausgestaltungsform;
- Fig. 5
- die in Fig. 4 dargestellte Ausgestaltungsvariante ohne Brennerbereich.
[0018] Eine erste Ausgestaltungsform einer Wärmetauscherbaugruppe 10 ist in den Fig. 1 bis
3 dargestellt. Diese Wärmetauscherbaugruppe 10 umfasst einen langgestrecken, rohrartigen
bzw. zylinderartigen Wärmetauscherkörper 12, der an einem ersten Endbereich 14 durch
eine Bodenwandung 16 verschlossen ist und an einem zweiten Endbereich 18 zur Kombination
mit einem nur schematisch angedeuteten Brennerbereich 20 eines mit Brennstoff betriebenen
Fahrzeugheizgeräts ausgestaltet ist. Die Wärmetauscherbaugruppe 10 ist zur Eingliederung
in ein Luftführungsgehäuse 22 vorgesehen, wobei an der Bodenwandung 16 beispielsweise
ein Dorn 24 vorgesehen sein kann, der in eine entsprechende Aussparung am Luftführungsgehäuse
22 eingreifend positionierbar ist, um im ersten Endbereich 14 den Wärmetauscherkörper
12 am Luftführungsgehäuse 22 zu arretieren. Auch im zweiten Endbereich 18 ist der
Wärmetauscherkörper 12 beispielsweise mit einem zur Verbindung mit einem Luftgebläse
vorgesehenen erweiterten Abschnitt 26 am Luftführungsgehäuse 22 festgelegt, wobei
insbesondere in diesem Bereich ein das Entweichen von Luft aus dem Luftführungsgehäuse
22 verhindernder dichter Anschluss erfolgt. Man erkennt in Fig. 2, dass der Wärmetauscherkörper
12 zwischen seinen beiden Endbereichen 18 und 14 sich leicht verjüngend ausgestaltet
ist. Dies ist aus fertigungstechnischen Gründen vorteilhaft, wenn dieser Wärmetauscherkörper
12 in einem Gussverfahren herzustellen ist, da auf diese Art und Weise eine Entformungsschräge
realisierbar ist. Selbstverständlich ist es auch möglich, den Wärmetauscherkörper
12 in seinem sich zwischen den beiden Endbereichen 14 und 18 erstreckenden Abschnitt
näherungsweise mit gleichbleibendem Durchmesser auszugestalten.
[0019] An einer Außenoberfläche 26 des den wesentlichen Bereich zwischen den beiden Endbereichen
14 und 18 überbrückenden, rohrartigen Abschnitts 28 des Wärmetauscherkörpers 12 sind
zueinander im Wesentlichen parallel liegend mehrere Wärmeübertragungsrippen 30 vorgesehen.
Diese definieren zwischen sich jeweils Zwischenräume 32, durch welche hindurch die
in einen Fahrzeuginnenraum einzuleitende Luft strömt. Bei der in Fig. 2 dargestellten
Anordnung steht die Luftströmungsrichtung im Wesentlichen senkrecht zur Zeichenebene,
so dass die Luft näherungsweise orthogonal zur Längsmittenachse A des Wärmetauscherkörpers
12 und im Wesentlichen parallel zu den als Scheiben ausgestalteten Wärmeübertragungsrippen
30 strömt.
[0020] Die im Brennerbereich 20, von welchem hier nur schematisch eine Brennkammer 34 und
ein Flammrohr 36 dargestellt sind, entstehenden Verbrennungsabgase strömen durch das
Flammrohr 36 hindurch und treten am Ende des Flammrohrs 36 in den vom Wärmetauscherkörper
12 umschlossenen Innenraum ein. An der Bodenwandung 16 werden sie umgelenkt und strömen
dann entlang der Innenoberfläche des rohrartigen Abschnitts 28 zurück durch einen
zwischen diesem rohrartigen Abschnitt 28 und dem Flammrohr 36 gebildeten Zwischenraum,
bis sie zu einem Abgasauslass 38 gelangen, wo sie zur Umgebung bzw. zu einem Abgasreinigungssystem
abgegeben werden. Um von den Verbrennungsabgasen möglichst viel Wärme aufnehmen zu
können, sind auch an der Innenseite des rohrartigen Abschnitts 28 näherungsweise in
der Strömungsrichtung, also näherungsweise auch parallel zur Längsmittenachse A sich
erstreckende Wärmeübertragungsrippen 40 vorgesehen. Diese sind vorzugsweise mit dem
rohrartigen Abschnitt 28, der Bodenwandung 16, dem Vorsprung 24 und dem Ansatz 26
in einem Fertigungsvorgang, also im Allgemeinen einem Druckgussvorgang, aus Metallmaterial,
z. B. Aluminium, hergestellt.
[0021] In den Darstellungen der Fig. 1 und 3 erkennt man, dass die Wärmeübertragungsrippen
30 näherungsweise rechteckige Platten aus Blechmaterial sind. In einem zentralen Bereich
weisen diese Platten eine bei einem Stanzvorgang oder einem Ausschneidevorgang gebildete
Öffnung 42 auf, wobei insbesondere bei der in Fig. 2 erkennbaren leicht konischen
Ausgestaltung des rohrartigen Abschnitts 28 des Wärmetauscherkörpers 12 die Öffnungsgröße
abgestimmt sein muss auf denjenigen Bereich des Wärmetauscherkörpers 12, wo eine jeweilige
Wärmeübertragungsrippe 28 anzubringen ist. Das heißt, bei der in Fig. 2 ganz rechts
liegenden Wärmeübertragungsrippe 30 ist eine größere Öffnung 42 vorzusehen, als bei
der ganz links liegenden Wärmeübertragungsrippe 30.
[0022] Die Wärmeübertragungsrippen 30 erstrecken sich ausgehend von dieser Öffnung zu diametralen
Seiten bezüglich des Wärmetauscherkörpers 12, so dass dieser näherungsweise mittig
zwischen den beiden Endbereichen 44 und 46 der Wärmeübertragungsrippen 30 positioniert
ist. Es sei hier darauf hingewiesen, dass selbstverständlich jede der Wärmeübertragungsrippen
30 beispielsweise auch aus zwei Teilen bzw. Teilabschnitten bestehen kann, die beispielsweise
auch losgelöst voneinander mit dem Wärmetauscherkörper 12 verbunden werden können.
Dies kann vor allem dann von Vorteil sein, wenn der Wärmetauscherkörper 12 nicht die
in Fig. 3 erkennbare kreisrunde Querschnittsgeometrie, sondern beispielsweise eine
mehr eckige Querschnittsgeometrie aufweist. Als Wärmeübertragungsrippe im Sinne der
vorliegenden Erfindung können dann beispielsweise zwei derartige Teilabschnitte verstanden
werden, die zueinander näherungsweise in Flucht liegen.
[0023] Am ersten Endbereich 44 der Wärmeübertragungsrippen 30 sind zwei in der Richtung
der. Längsmittenachse A des Wärmetauscherkörpers 12 langgestreckte Kanäle 48, 50 vorgesehen.
Der Kanal 48 bildet dabei einen Zuführkanal, während der Kanal 50 einen Ableitkanal
bildet. Wie man vor allem in Fig. 2 erkennt, überdecken die beiden Kanäle 48, 50 alle
Wärmeübertragungsrippen 30 und sind mit diesen an ihren Endbereichen 44 verbunden.
Am zweiten Endbereich 46 der Wärmeübertragungsrippen 30 ist ein Umlenkkanal 52 vorgesehen,
der ebenfalls mit den Wärmeübertragungsrippen 30 fest verbunden ist und auch alle
Wärmeübertragungsrippen 30 überdeckt. Dies ist in Fig. 2 erkennbar. Jeder dieser Kanäle
48, 50, 52 kann beispielsweise mit einer Bodenplatte 54, 56, 58 ausgestaltet sein,
die, wie in Fig. 2 in Verbindung mit dem Umlenkkanal 52 dargestellt, in Zuordnung
zu stiftartigen Vorsprüngen 60 an den Endbereichen 44 bzw. 46 der Wärmeübertragungsrippen
30 Öffnungen aufweisen können. Die Bodenplatten 54, 56, 58 können auf die Endbereiche
44 bzw. 46 der Wärmeübertragungsrippen 30 aufgelegt werden, und nachfolgend kann eine
feste Verbindung beispielsweise dadurch geschaffen werden, dass die stiftartigen Vorsprünge
60 mit den Bodenplatten 54, 56, 58 verlötet oder verklebt werden. Auch ein Verstemmen
ist hier möglich. Von Bedeutung ist, dass die in den Bodenplatten 54, 56 bzw. 58 zur
Aufnahme der stiftartigen Vorsprünge 60 gebildeten Öffnungen dicht verschlossen werden,
um ein Austreten von Flüssigkeit zu verhindern.
[0024] Um in Zuordnung zu jedem der Kanäle 48, 50, 52 einen Flüssigkeitsführungsraum bereitstellen
zu können, weisen diese beispielsweise schalenartige Abdeckgehäuse 62, 64, 66 auf,
die nach dem Anbringen der Bodenplatten 54, 56, 58 an den Wärmeübertragungsrippen
30 auf diesen Bodenplatten 54, 56, 58 befestigt werden, beispielsweise auch durch
Verlötung, Verklebung und durch Presspassung.
[0025] Man erkennt in Fig. 3, dass der Umlenkkanal 52 sich nicht nur über alle in Richtung
der Längsmittenachse A aufeinander folgende Wärmeübertragungsrippen 30 hinweg erstreckt,
sondern diese auch in ihrer Querrichtung, also im Wesentlichen der Luftströmungsrichtung,
die in Fig. 1 durch zwei Pfeile L angedeutet ist, überdeckt bzw. überragt. Die beiden
am ersten Endbereich 44 der Wärmeübertragungsrippen 30 vorgesehenen Kanäle 48, 50
weisen in der Luftströmungsrichtung L eine geringere Erstreckung auf, so dass hier
nur ein Teillängenbereich der Wärmeübertragungsrippen 30 durch jeden dieser beiden
Kanäle 48, 50 in der Luftströmungsrichtung L überdeckt ist. Ebenso wie der Umlenkkanal
52 ragt jedoch auch jeder der Kanäle 48, 50 in der Luftströmungsrichtung über das
Ende der Wärmeübertragungsrippen 30 hinaus.
[0026] Um eine Verbindung zwischen dem Umlenkkanal 52 und den beiden Kanälen 48, 50 herzustellen,
ist, wie in den Fig. 1 und 3 erkennbar, in Zuordnung zu jeder Wärmeübertragungsrippe
30 ein Paar von Verbindungskanälen 68, 70 vorgesehen. Dabei erstreckt sich der erste
Kanal 68 zwischen dem Zuführkanal 48 und dem Umlenkkanal 52 entlang eines bezogen
auf die Luftströmungsrichtung L stromabwärtigen Rands 72 einer jeweiligen Wärmeübertragungsrippe
30, während der zweite Verbindungskanal 70 sich zwischen dem Umlenkkanal 52 und dem
Abführkanal 50 entlang des stromaufwärtigen Rands 74 einer jeweiligen Wärmeübertragungsrippe
28 erstreckt. Dabei ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Dicke der Verbindungskanäle
68, 70, gemessen in der Richtung der Längsmittenachse A des Wärmetauscherkörpers 12,
näherungsweise der Dicke der Wärmeübertragungsrippen 30 entspricht bzw. diese nicht
wesentlich übersteigt. Jede Wärmeübertragungsrippe 28 bildet somit in Verbindung mit
den beiden ihr zugeordneten Verbindungskanälen 68, 70 eine Gesamtfläche, die dann
von der Luft umströmt wird.
[0027] Die Verbindungskanäle 68, 70 münden in die jeweiligen Kanäle 48, 50 bzw. 52 im Bereich
der Bodenplatten 54, 56, 58 ein und können mit diesen zum Bereitstellen eines dichten
Abschlusses beispielsweise ebenfalls verlötet oder verklebt sein. Ferner kann zur
Bereitstellung eines guten Wärmeübertragungskontakts auch eine Wärmeübertragungsverbindung
zwischen den Verbindungskanälen 68, 70 und den zugeordneten Wärmeübertragungsrippen
30 vorgesehen sein, beispielsweise indem ebenfalls entlang der jeweiligen Ränder 72,
74 eine Lötverbindung geschaffen wird. Entsprechendes gilt auch für die Anbindung
der Bodenplatten 54, 56, 58 an die Wärmeübertragungsrippen 30.
[0028] Die beiden Kanäle 48, 50 sind näherungsweise in ihrer Längenmitte, Länge hier bezogen
auf die Längsmittenachse A, entlang welchen diese Kanäle 48, 50 sich erstrecken, mit
Leitungsanschlussstutzen 76, 78 versehen. An diese Leitungsanschlussstutzen 76, 78
können Verbindungsleitungen, beispielsweise Schläuche, angeschlossen werden, die eine
Anbindung an den Motorkühlmittelkreislauf einer Brennkraftmaschine ermöglichen. Im
Betrieb einer derartigen Brennkraftmaschine bzw. beim Betreiben einer Kühlmittelpumpe
strömt das im Allgemeinen flüssige Kühlmittel, also beispielsweise Wasser, über den
Stutzen 76 näherungsweise mittig in den Zuführkanal 48 und verteilt sich nach beiden
Seiten in dessen Längserstreckungsrichtung. Die Flüssigkeit tritt aufgrund des vorhandenen
Drucks dann in die in Zuordnung zu den Wärmeübertragungsrippen 30 vorgesehenen ersten
Verbindungskanäle 68 ein und gelangt über diese in den Umlenkkanal 52. Da dieser Umlenkkanal
52 sich über alle Wärmeübertragungsrippen 30 hinweg erstreckt und vorzugsweise auch
in Zuordnung zu allen Wärmeübertragungsrippen 30 ein Paar von Verbindungskanälen 68,
70 vorgesehen ist, wird daraufhin der Umlenkkanal 52 über seine gesamte Erstreckungslänge
entlang der Längsmittelachse A von dem flüssigen Medium durchströmt, und zwar näherungsweise
quer zur Längsmittelachse A. Dieses flüssige Medium tritt dann in die zweiten Verbindungskanäle
70 ein, die aufgrund ihrer Zuordnung zu den Wärmeübertragungsrippen 30 ebenfalls nahezu
über die gesamte Länge des Wärmetauscherkörpers 12 vorgesehen sind, und verlässt diese
zweiten Verbindungskanäle 70 dort, wo diese in den Abführkanal 50 einmünden. Über
den Stutzen 78 kann das flüssige Medium, also beispielsweise Motorkühlmittel, dann
den durch den Zuführkanal 48, die ersten Verbindungskanäle 68, den Umlenkkanal 52,
die zweiten Verbindungskanäle 70 und den Abführkanal 50 definierten Strömungsweg verlassen.
[0029] Bevor nachfolgend die Funktionalität bzw. der Betrieb der erfindungsgemäßen Wärmetauscherbaugruppe
10 beschrieben wird, sei noch darauf hingewiesen, dass in den zwischen unmittelbar
benachbarten Wärmeübertragungsrippen 30 gebildeten Zwischenräumen 32 zur Vergrößerung
der in thermische Wechselwirkung mit der strömenden Luft tretenden Oberfläche oberflächenvergrößernde
Elemente 80 vorgesehen sein können. Diese beispielsweise ebenfalls aus Blechmaterial
geformten oberflächenvergrößernden Elemente 80 weisen eine hier wellenartig ausgestaltete
ondulierte Form auf, so dass sie in der Luftströmungsrichtung nahezu keinen zusätzlichen
Strömungswiderstand einführen, aufgrund ihrer ondulierten Form und aufgrund des thermischen
Kontakts jeweils an den Wellenspitzen mit Wärmeübertragungsrippen eine deutlich vergrößerte
Gesamt-Wärmeübertragungsoberfläche bereitstellen. Auch diese oberflächenvergrößernden
Elemente 80 können zur Bereitstellung eines sehr effizienten Wärmeübertragungskontakts
durch Lötverbindung oder Klebeverbindung an die Wärmeübertragungsrippen 30 und an
die Verbindungskanäle 68 und 70 angebunden sein, können selbstverständlich aber auch
durch Presspassung bzw. Einspannung in den Zwischenräumen 32 gehalten sein. Hier ist
nach außen hin, also in Richtung zu den Endbereichen 44, 46 der Wärmeübertragungsrippen
30 hin durch das Vorsehen der Bodenplatten 54, 56, 58 das Heraustreten der oberflächenvergrößernden
Elemente 80 verhindert. Es sei darauf hingewiesen, dass selbstverständlich hier andere
ondulierte Formen, beispielsweise zickzackartige oder sägezahnartige Formen möglich
sind.
[0030] Beim Aufbau einer erfindungsgemäßen Wärmetauscherbaugruppe kann, wie vorangehend
bereits beschrieben, so vorgegangen werden, dass zunächst die Wärmeübertragungsrippen
30 mit den Kanälen 48, 50, 52, insbesondere den Bodenplatten 54, 56, 58, verbunden
werden. Vor oder nach dem Anbinden der Kanäle 48, 50, 52 an die Wärmeübertragungsrippen
können die oberflächenvergrößernden Elemente 80 mit diesem gekoppelt werden. Die Lötverbindung
zwischen diesen Bauteilen kann beispielsweise durch das Eintauchen in ein Lötbad oder
durch das vorhergehende Beschichten mit Lötmaterial und das nachfolgende Einbringen
in einen ausreichend erwärmten Ofen erzeugt werden. Diese vorgefertigte Baugruppe
kann dann in Richtung der Längsmittenachse A auf den Wärmetauscherkörper 12 aufgeschoben
werden, bis diese beiden Baugruppen die richtige Relativlage zueinander haben. Nachfolgend
können dann auch die Wärmeübertragungsrippen 28 im Bereich ihrer zentralen Öffnungen
42 mit dem Wärmetauscherkörper 12 vorzugsweise ebenfalls durch Verlötung verbunden
werden.
[0031] Eine Abwandlung hierzu ist beispielsweise in Fig. 4 gezeigt. Es sind die Wärmeübertragungsrippen
30 mit dem Wärmetauscherkörper 12 integral ausgebildet, werden also beim Gussvorgang
mit dem rohrartigen Abschnitt 28 zusammen gefertigt. Bei dieser Ausgestaltungsform
werden dann nach dem Herstellen der den Wärmetauscherkörper 12 und die Wärmeübertragungsrippen
30 umfassenden Baugruppe die Kanäle 48, 50, 52 so wie vorangehend beschrieben vorgesehen.
Auch die oberflächenvergrößernden Elemente 80 können vor bzw. auch nach dem Anbinden
der Kanäle 48, 50, 52 in die Zwischenräume 32 eingesetzt werden.
[0032] Im Betrieb einer derartigen erfindungsgemäß aufgebauten Wärmetauscherbaugruppe 10
bzw. einer damit ausgestatteten Einrichtung zum Konditionieren von in einem Fahrzeuginnenraum
einzuleitender Luft kann also beispielsweise in einem Standheizungsbetriebsmodus durch
Betreiben des Brennerbereichs 20 Wärme bereitgestellt werden, die über den Wärmetauscherkörper
12, die Wärmeübertragungsrippen 30 und die oberflächenvergrößernden Elemente 80 auf
die im Luftführungsgehäuse 22 strömende Luft übertragen werden kann. In dieser Betriebsphase
dienen auch die Kanäle 48, 50, 52, die in themischem Kontakt mit den Wärmeübertragungsrippen
30 stehen, als oberflächenvergrößernde Elemente, insbesondere deshalb, da sie, ebenso
wie die Wärmeübertragungsrippen 30, vorzugsweise aus gut Wärme leitendem Material,
also Metallmaterial, aufgebaut sind. Wenn in dieser Betriebsphase gleichzeitig auch
die Kühlmittelpumpe einer Brennkraftmaschine betrieben wird, durchströmt das Kühlmittel
in der vorangehend beschriebenen Art und Weise die verschiedenen Kanäle 48, 50, 52
bzw. auch 68, 70 und kann aufgrund des thermischen Kontakts dieser Kanäle mit den
Wärmeübertragungsrippen 30 Wärme aufnehmen. Es kann somit nicht nur der im Innenraum
eines Fahrzeugs vorerwärmt werden, sondern auch die Brennkraftmaschine kann vor dem
Starten bereits vorgewärmt werden. Soll lediglich das Vorwärmen der Brennkraftmaschine
erfolgen, so kann durch Unterbinden einer Luftumströmung dafür gesorgt werden, dass
nahezu die gesamte in die Wärmeübertragungsrippen 30 eingeleitete Wärme auch über
die Kanäle 48, 68, 52, 70, 50 auf das zirkulierende flüssige Motorkühlmittel übertragen
wird.
[0033] Nach längerer Betriebsdauer der Brennkraftmaschine ist das Motorkühlmittel ausreichend
erwärmt, so dass nicht nur die zusätzliche Erwärmung desselben über die im Brennerbereich
20 ablaufende Verbrennung eingestellt werden kann, sondern nunmehr auch dieses Motorkühlmittel
dazu genutzt werden kann, die in den Fahrzeuginnenraum einzuleitende Luft zu erwärmen.
Zu diesem Zwecke wird das hier nicht weiter dargestellte Luftfördergebläse betrieben,
um im Luftführungsgehäuse 22 einen Luftstrom zu erzeugen. Dieser Luftstrom nimmt dann
Wärme auf, die über das in den Kanälen strömende flüssige Motorkühlmittel auf die
Wärmeübertragungsrippen 30 und auch die oberflächenvergrößernden Elemente 80 übertragen
wird. Selbstverständlich dienen auch in dieser Betriebsphase die Oberflächen der verschiedenen
Kanäle 48, 50, 52, 68, 70 als Wärmeübertragungsoberflächen.
[0034] Bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Wärmetauscherbaugruppe 10 kann also auf
das Vorsehen zweier separater Wärmetauscherbaugruppen für das Brennstoffbetriebene
Heizgerät einerseits und für das Motorkühlmittel andererseits verzichtet werden. Diese
Funktionalität kann in ein und dieselbe erfindungsgemäße Wärmetauscherbaugruppe 10
integriert werden. Dies führt zu deutlichen Kosteneinsparungen und überdies einem
wesentlich kompakteren Aufbau. Selbstverständlich kann die erfindungsgemäße Wärmetauscherbaugruppe
10 auch so eingesetzt werden, wie ein herkömmlicher Kühlmittelwärmetauscher, also
ohne der Funktionalität einer Standheizung oder eines Zuheizers. Ist also diese zusätzliche
Standheizungs- oder Zuheizerfunktionalität nicht gewünscht, so kann beim Einbau der
Wärmetauscherbaugruppe 10 in ein Fahrzeug bzw. das Luftführungsgehäuse 22 auf das
Vorsehen des Brennerbereichs 20 bzw. das Vorsehen des gesamten Heizgeräts verzichtet
werden. Dies ist in Fig. 5 dargestellt. Man erkennt hier den in Fig. 4 bereits gezeigten
Wärmetauscherkörper 12 mit den integral daran vorgesehenen Wärmeübertragungsrippen
30 und den verschiedenen Kanälen, hier dargestellt sind die Kanäle 48, 52. Am Ansatz
26 sind keine weiteren Komponenten vorgesehen, so dass der gesamte Innenraum des Wärmetauscherkörpers
12 frei bleibt und letztendlich das System wie ein herkömmliches, lediglich durch
das Motorkühlmittel zu erwärmendes System betrieben werden kann. Da ein und derselbe
Aufbau der Wärmetauscherbaugruppe 10 somit für verschiedene Ausstattungsvarianten
eines Fahrzeugs genutzt werden kann, wird insbesondere bei größeren zu fertigenden
Stückzahlen eine Verringerung der Gesamtaufbaukosten erreichbar.
[0035] Da bei dem erfindungsgemäßen Aufbau der Wärmetauscherbaugruppe also eine Wärmeübertragungswechselwirkung
nicht nur mit der in den Fahrzeuginnenraum einzuleitenden Luft möglich ist, sondern
auch mit einem in den verschiedenen Kanälen strömenden flüssigen Medium, ist auch
der Einsatz insbesondere im Bereich von Wohnmobilen zur Erwärmung von Brauchwasser
denkbar. In diesem Falle können die Stutzen 76, 78 an den Brauchwasserkreislauf angeschlossen
werden, so dass bei Betreiben einer Brauchwasserpumpe und gleichzeitigem Betreiben
des brennstoffbetriebenen Heizgerätes die so erzeugte Wärme auf das in den Kanälen
zirkulierende Brauchwasser übertragen werden kann.
[0036] Wie bereits vorangehend dargelegt, bieten sich als Aufbaumaterialien für die verschiedenen
Teile der Wärmetauscherbaugruppe 10 vor allem gut wärmeleitende Materialien an. Der
Wärmetauscherkörper 12 kann mit dem ggf. daran integral ausgestalteten Wärmeübertragungsrippen
30 beispielsweise aus Aluminium in einem Druckgussverfahren hergestellt werden. Bei
separater Ausgestaltung der Wärmeübertragungsrippen 30, wie sie in den Fig. 1 bis
3 dargestellt, können diese beispielsweise in einfacher Art und Weise durch Ausschneiden
oder Ausstanzen aus Blechmaterial hergestellt werden. Entsprechendes gilt auch für
die verschiedenen Aufbauteile der Kanäle 48, 50, 52, 68, 70.
1. Wärmetauscherbaugruppe für eine Einrichtung zur Konditionierung von in einen Fahrzeuginnenraum
einzuleitender Luft, umfassend einen rohrartigen, langgestreckten Wärmetauscherkörper
(12) und eine Mehrzahl von von dem Wärmetauscherkörper (12) sich erstreckenden, zueinander
im Wesentlichen parallelen Wärmeübertragungsrippen (30), wobei an wenigstens einem
von dem Wärmetauscherkörper (12) entfernten Ende (44, 46) wenigstens eines Teils der
Wärmeübertragungsrippen (30) ein von Flüssigkeit durchströmbarer Kanal (48, 50, 52)
vorgesehen ist.
2. Wärmetauscherbaugruppe nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass an einem ersten Ende (44) wenigstens eines Teils der Wärmeübertragungsrippen (30)
ein Zuführkanal (48) und ein Abführkanal (50) vorgesehen sind und an einem zweiten
Ende (46) wenigstens eines Teils der Wärmeübertragungsrippen (30) ein Umlenkkanal
(52) vorgesehen ist, und dass der Zuführkanal (48) über wenigstens einen ersten Verbindungskanal
(68) in Verbindung mit dem Umlenkkanal (52) ist und der Abführkanal (50) über wenigstens
einen zweiten Verbindungskanal (70) in Verbindung mit dem Umlenkkanal (52) ist.
3. Wärmetauscherbaugruppe nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein erster Verbindungskanal (68) oder/und wenigstens ein zweiter Verbindungskanal
(70) sich zwischen dem ersten Ende (44) und dem zweiten Ende (46) entlang einer Wärmeübertragungsrippe
(30) erstreckt.
4. Wärmetauscherbaugruppe nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass in Zuordnung zu jeder Wärmeübertragungsrippe (30), an welcher der Umlenkkanal (52)
vorgesehen ist, ein erster Verbindungskanal (68) oder/und ein zweiter Verbindungskanal
(70) vorgesehen ist.
5. Wärmetauscherbaugruppe nach einem der Ansprüche 2 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass der Umlenkkanal (52) oder/und der Zuführkanal (48) oder/und der Abführkanal (50)
sich in der Längserstreckungsrichtung des Wärmetauscherkörpers (12) im Wesentlichen
über alle Wärmeübertragungsrippen (30) hinweg erstreckt.
6. Wärmetauscherbaugruppe nach einem der Ansprüche 2 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass der Umlenkkanal (52) oder/und der Zuführkanal (48) oder/und der Abführkanal (50)
mit wenigstens einer Wärmeübertragungsrippe (30) fest verbunden ist.
7. Wärmetauscherbaugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass zwischen wenigstens zwei unmittelbar benachbarten Wärmeübertragungsrippen (30) eine
oberflächenvergrößernde Baugruppe (80) vorgesehen ist.
8. Wärmetauscherbaugruppe nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, dass die oberflächenvergrößernde Baugruppe (80) wenigstens ein mit einer ondulierenden
Struktur zwischen den beiden Wärmeübertragungsrippen (30) liegendes und wenigstens
eine dieser Wärmeübertragungsrippen (30) berührendes Wärmeübertragungselement umfasst.
9. Wärmetauscherbaugruppe nach Anspruch 7 oder 8, sofern auf Anspruch 2 rückbezogen,
dadurch gekennzeichnet, dass die oberflächenvergrößernde Baugruppe (80) den Zuführkanal (48) oder/und den Abführkanal
(50) oder/und den Umlenkungskanal (52) oder/und wenigstens einen ersten Verbindungskanal
(68) oder/und wenigstens einen zweiten Verbindungskanal (70) berührt.
10. Einrichtung zum Konditionieren von in einen Fahrzeuginnenraum einzuleitender Luft,
umfassend ein von der Luft durchströmbares Gehäuse (22) und eine Wärmetauscherbaugruppe
(10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Wärmetauscherbaugruppe (10)
mit sich im Wesentlichen quer zur Luftströmungsrichtung (L) in dem Gehäuse (22) orientiertem
Wärmetauscherkörper (12) und im Wesentlichen parallel zur Luftströmungsrichtung (L)
orienterten Wärmeübertragungsrippen (30) in dem Gehäuse (22) angeordnet ist.
11. Einrichtung nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscherbaugruppe (10) ein mit Brennstoff betriebener Brennerbereich (20)
zugeordnet ist, wobei den Brennerbereich (20) verlassende Verbrennungsabgase in den
Wärmetauscherkörper (12) eingeleitet werden.
12. Verfahren zur Herstellung einer Wärmetauscherbaugruppe nach einem der Ansprüche 1
bis 9, bei welchem Verfahren zunächst die Wärmeübertragungsrippen (30) mit dem Kanal
(48, 50, 52) zu einer vorgefertigten Baugruppe zusammengefasst werden und daraufhin
die vorgefertigte Baugruppe mit dem Wärmetauscherkörper (12) verbunden wird.