DE10041121A1 - Wärmeübertrager mit mehreren Wärmeübertragungskreisen - Google Patents

Abstract

Ein Wärmeübertrager mit zwei Sammelkästen und wenigstens einem zwischen diesen erstreckten Rippen/Rohrblock, sowie mit wenigstens einem Ausgleichsbehälter, wobei jeder Wärmeübertragungskreis mittels einer Entlüftungsleitung mit dem Ausgleichsbehälter in Verbindung steht, ist bekannt. DOLLAR A Erfindungsgemäß münden alle Entlüftungsleitungen in einen Verbindungsbereich, wobei die Entlüftungsleitungen und der Verbindungsbereich einstückig in einem oberen Sammelkasten integriert sind, und der Ausgleichsbehälter weist einen korrespondierenden Anschlussstutzen auf, indem für jede Entlüftungsleitung ein in den Ausgleichsbehälter führender Anschlusskanalabschnitt integriert ist. DOLLAR A Einsatz für Landmaschinen oder Ackerschlepper.

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager mit mehreren Wärmeübertragungskreisen, mit zwei Sammelkästen und wenigs­ tens einem zwischen diesen erstreckten Rippen/Rohrblock, so­ wie mit wenigstens einem Ausgleichsbehälter, wobei jeder Wär­ meübertragungskreis mittels einer Entlüftungsleitung mit dem Ausgleichsbehälter in Verbindung steht.

Ein solcher Wärmeübertrager, in dem mehrere Wärmeübertra­ gungskreise integriert sind, ist allgemein bekannt. Zur Ent­ lüftung der einzelnen Wärmeübertragungskreise stehen diese über mehrere Schlauchleitungen mit einem Ausgleichsbehälter in Verbindung, wobei am Ausgleichsbehälter und am Wärme­ übertrager jeweils mehrere Anschluss- und Verbindungsstutzen vorgesehen sind, mit denen die einzelnen Schlauchleitungen über Schlauchschellen verbunden sind. Dadurch ist bei der Montage und Inbetriebnahme des Wärmeübertragers ein relativ großer Aufwand vonnöten. Darüber hinaus bewirken die ver­ schiedenen Schlauchleitungen eine erhöhte Störanfälligkeit, da an verschiedenen Stellen Dichtigkeitsprobleme auftreten können.

Es ist auch bekannt (DE 33 41 390 A1), bei einem Wärme­ übertrager die Entlüftung des Wärmeübertragungskreises durch eine Leitungsverbindung zu einem Ausgleichsbehälter zu schaf­ fen, wobei die Leitungsverbindung von einem Wasserkasten aus zu dem Ausgleichsbehälter führt. Sowohl der Wasserkasten als auch die Verbindungsleitung zum Ausgleichsbehälter und der Ausgleichsbehälter selbst sind in einem einteiligen Bauteil gemeinsam integriert.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Wärmeübertrager der ein­ gangs genannten Art zu schaffen, der eine einfache und siche­ re Anschlussmöglichkeit eines Ausgleichsbehälters an einen Wärmeübertrager bietet.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass alle Entlüftungslei­ tungen in einen gemeinsamen Verbindungsbereich münden, wobei die Entlüftungsleitungen und der Verbindungsbereich einstü­ ckig in einem oberen Sammelkasten integriert sind, und dass der Ausgleichsbehälter einen korrespondierenden, gemeinsamen Anschlussstutzen aufweist, in dem für jede Entlüftungsleitung jeweils ein in den Ausgleichsbehälter führender Anschlusska­ nalabschnitt integriert ist. Obwohl erfindungsgemäß wenigs­ tens zwei Wärmeübertragungskreise vorgesehen sind, ist zwi­ schen Sammelkasten und Ausgleichsbehälter lediglich eine ein­ zelne, gemeinsame Verbindung für die Entlüftung der Wärme­ übertragungskreise notwendig. Zusätzliche Teile wie Schläuche oder Schlauchschellen werden vermieden. Die erfindungsgemäße Lösung eignet sich insbesondere für den Einsatz bei einer Landmaschine oder einem Ackerschlepper. Die Entlüftungskanäle dienen in grundsätzlich bekannter Weise auch als Ausgleichs- oder Überlaufkanäle, falls das Volumen des im Wärmeübertrager befindlichen Wärmeübertragungsmediums sich zu stark ausdehnt. Der Ausgleichsbehälter dient dann zur Beruhigung und Abküh­ lung des übergelaufenen Wärmeübertragungsmediums.

In Ausgestaltung der Erfindung sind der Anschlussstutzen des Ausgleichsbehälters und der Verbindungsbereich des Sammelkas­ tens als gegenseitige Steckverbindung gestaltet. Vorzugsweise kann der Verbindungsbereich nach Art einer Steckmuffe einstü­ ckig im Sammelkasten ausgeformt sein und der Anschlussstutzen in entsprechender Weise als Steckerteil gestaltet sein.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind im Ausgleichsbe­ hälter jedem Anschlusskanalabschnitt Strömungsleitflächen zu­ geordnet, die als Rücklaufschutz für die Teilströme der An­ schlusskanalabschnitte gestaltet sind. Dadurch wird verhin­ dert, das Gas-/Flüssigkeitsströme, die aus dem Sammelkasten in den Ausgleichsbehälter strömen, wieder in den gleichen oder einen anderen Anschlusskanalabschnitt zurücklaufen. Diese Ausgestaltung ist insbesondere vorteilhaft, wenn Wärmeüber­ tragungskreise mit unterschiedlichen Temperaturniveaus vorge­ sehen sind. Teilströme aus einem Hochtemperaturkreis, die in einen Niedertemperaturkreis zurücklaufen würden, würden die Wärmeübertragungsfunktion des Niedertemperaturkreises stark beeinträchtigen. Die als Rücklaufschutz dienenden Strömungs­ leitflächen sind lediglich im Eintrittsbereich des Aus­ gleichsbehälters angeordnet und derart geformt, dass die un­ terschiedlichen Teilströme der Wärmeübertragungskreise, die in den Ausgleichsbehälter eintreten, zunächst bis zu einer definierten Strömungsberuhigung und -abkühlung getrennt ge­ führt und anschließend gleichgerichtet zusammengeführt wer­ den. Durch die Gleichrichtung der Teilströme werden günstige Strömungsverhältnisse und demzufolge günstige Druckverhält­ nisse erzielt. Bei zu hohen Turbulenzen könnten sich Stauun­ gen ergeben, die zu einem ungewünschten Rücklauf führen wür­ den.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der Ausgleichsbe­ hälter zwischen Eintritt und Austritt mit labyrintriförmig an­ geordneten Wandungsabschnitten versehen. Dadurch wird die Strömung des Wärmeübertragungsmediums über einen sehr langen Weg durch den Ausgleichsbehälter geführt, wodurch eine aus­ reichende Abkühlung wie auch eine gute Luftabscheidung bis zum Austritt des Ausgleichsbehälters hin gewährleistet sind. Vom Austritt des Ausgleichsbehälters aus wird das Wärmeüber­ tragungsmedium in den unteren Sammelkasten zurückgeführt, von dem aus das Wärmeübertragungsmedium durch den Rippen/Rohr­ block hindurch zum oberen Sammelkasten strömt.

In weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Sammelkasten in mehrere, jeweils einem Wärmeübertragungskreis zugeordnete Sammelkammern unterteilt, die in einer einstückigen Sammel­ kastenwanne ausgebildet sind, und von denen aus jeweils ein Entlüftungskanal zu dem Verbindungsbereich geführt ist, wobei die Entlüftungskanäle und der Verbindungsbereich einstückig in der Sammelkastenwanne ausgeformt sind. Vorzugsweise ist die Sammelkastenwanne aus Kunststoff hergestellt. Vorzugswei­ se ist auch der Ausgleichsbehälter aus Kunststoff herge­ stellt. Vom Sammelkasten getrennte Schlauchleitungen, die als Entlüftungsleitungen oder -kanäle dienen, werden durch diese Lösung vermieden, wodurch für die Montage und Inbetriebnahme eine äußerst geringe Anzahl von Bauteilen benötigt wird, die wiederum den Aufwand für Montage und Inbetriebnahme des Wär­ meübertragers gegenüber dem Stand der Technik stark redu­ ziert.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der Ausgleichsbe­ hälter über Rast- und/oder Steckverbindungen mit dem Sammel­ kasten verbunden. Dadurch werden zusätzliche Befestigungsmit­ tel vermieden. Darüberhinaus ist der Ausgleichsbehälter ohne die Zuhilfenahme von Werkzeugen an dem Sammelkasten befestig­ bar.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung, das anhand der Zeichnungen dargestellt ist.

Fig. 1 zeigt in perspektivischer Darstellung eine Aus­ führungsform eines erfindungsgemäßen Wärmeüber­ tragers, wobei der Ausgleichsbehälter in einer Explosionsdarstellung relativ zu dem oberen Sam­ melkasten gezeigt ist,

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht einer Sammelkasten­ wanne des oberen Sammelkastens,

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht der Unterseite der oberen Sammelkastenwanne,

Fig. 4 in vergrößerter Darstellung einen Ausschnitt der Unterseite der oberen Sammelkastenwanne,

Fig. 5 schematisch in einem Längsschnitt die Steckver­ bindung zwischen dem Verbindungsbereich des obe­ ren Sammelkastens und dem Anschlussstutzen des Ausgleichsbehälters und

Fig. 6 in aufgeschnittener Darstellung eine Draufsicht auf den Ausgleichsbehälter des Wärmeübertragers nach Fig. 1.

Ein Wärmeübertrager 1 nach Fig. 1 stellt einen Kühlmittel­ kühler dar, in dem als Wärmeübertragungskreise drei Kühlmit­ telkreise integriert sind. Der Wärmeübertrager 1 wird für ei­ ne Landmaschine oder einen Ackerschlepper eingesetzt. Die drei in dem Wärmeübertrager 1 integrierten Kühlmittelkreise bestehen aus zwei Niedertemperaturkreisen und einem Hochtem­ peraturkreis, wobei alle drei Kühlmittelkreise das gleiche Kühlmittel einsetzen. Der Wärmeübertrager 1 weist einen unte­ ren Sammelkasten 3 und einen oberen Sammelkasten 4 auf, zwi­ schen denen ein Rippen/Rohrblock 2 angeordnet ist. Der obere und der untere Sammelkasten 3, 4 sind in drei Teilkammernun­ terteilt. Der Rippen/Rohrblock 2 weist Flachrohre auf, die jeweils mit drei zueinander parallelen Strömungskanalab­ schnitten versehen sind, die in die drei Teilkammern jedes Sammelkastens 3, 4 münden. Der Rippen/Rohrblock 2 ist zu bei­ den Seiten durch jeweils ein gemeinsames Seitenteil begrenzt.

Der obere Sammelkasten 4 weist einen domartig nach oben ra­ genden Austrittsstutzen 5 auf, durch den der Wärmeübertrager 1 mit den Wärmeübertragungskreisläufen in Verbindung steht.

Mit dem oberen Sammelkasten 4 ist ein Ausgleichsbehälter 6 verbindbar, wobei sowohl die Sammelkästen 3, 4 als auch der Ausgleichsbehälter 6 jeweils aus Kunststoff gestaltet sind. Der Ausgleichsbehälter 6 ist werkzeuglos durch Rast/ oder Steckverbindungen 10 bis 14 mit dem oberen Sammelkasten 4 verbindbar. Zudem ist im Bereich des domartigen Auslasses 5 des oberen Sammelkastens 4 ein Verbindungsbereich 7 vorgese­ hen, der muffenartig gestaltet ist (Fig. 2 und 5). Dieser Verbindungsbereich 7 dient zur dichten Aufnahme eines An­ schlussstutzens 8 des Ausgleichsbehälters 6, wobei der An­ schlussstutzen 8 derart steckerförmig auf die muffenartige Gestaltung des Verbindungsbereiches 7 abgestimmt ist, dass der Anschlussstutzen 8 und der Verbindungsbereich 7 im mon­ tierten Zustand des Ausgleichsbehälters 6 eine Steckverbin­ dung miteinander eingehen. Um eine dichte Steckverbindung zu schaffen, sind zwei Dichtringe 9 zwischen Anschlussstutzen 8 und Verbindungsbereich 7 vorgesehen (siehe Fig. 1 und 5).

Durch die Steckverbindung zwischen dem Anschlussstutzen 8 des Ausgleichsbehälters 6 und dem Verbindungsbereich 7 wird eine als Entlüftung, Überlauf und Ausgleich für die Sammelkammern der Wärmeübertragungskreise im Wärmeübertrager 1 dienende Leitungsverbindung geschaffen. Diese Leitungen werden nach­ folgend als Entlüftungskanäle 16 bis 18 beschrieben, obwohl diese Leitungen 16 bis 18 neben der Entlüftung auch Überlauf- und Ausgleichsfunktion haben.

Erfindungsgemäß sind alle Entlüftungskanäle 16 bis 18 der drei Teilkammern des oberen Sammelkastens 4, die in der in den Fig. 3 und 4 dargestellten Ansicht einer Sammelkasten­ wanne des Sammelkastens 4 mit den Bezugszeichen 4a, 4b und 4c versehen sind, in der aus Kunststoff bestehenden Sammelkas­ tenwanne des oberen Sammelkastens 4 einstückig integriert und zu dem gemeinsamen Austritt, nämlich dem Verbindungsbereich 7 geführt. Dabei sind die Entlüftungskanäle 17 und 18 für die Teilkammern 4b und 4c direkt als Austrittsöffnungen im Muf­ fenabschnitt des Verbindungsbereiches vorgesehen, da die Teilkammern 4b und 4c sich unmittelbar unterhalb des Verbin­ dungsbereiches 7 befinden. Dies wird anhand der Fig. 4 er­ kennbar.

Die von dem Verbindungsbereich 7 weiter entfernte Teilkammer 4a ist mittels eines unter den Teilkammern 4b, 4c geschlossen hindurchgeführten Entlüftungskanalabschnittes 16 zu dem Ver­ bindungsbereich 7 geführt und gemäß Fig. 3 und 5 ebenfalls zum Verbindungsbereich 7 hin offen. Die Anordnung der Teil­ kammern 4a bis 4c und der Entlüftungskanäle 16 bis 18 ist derart gewählt, dass der Teilkammer 4a der Hochtemperatur- Kühlmittelkreis zugeordnet ist. Der Entlüftungskanal 16 die­ ses Hochtemperatur-Kühlmittelkreises tritt mittig aus dem muffenartigen Verbindungsbereich 7 aus, wohingegen die beiden anderen Entlüftungskanäle 17 und 18 seitlich zu diesem Ent­ lüftungskanal 16 entsprechend gegenüberliegend austreten.

Auch der steckerförmig gestaltete Anschlussstutzen 8 des Aus­ gleichsbehälters 6 weist, wie anhand der Fig. 5 und 6 er­ kennbar ist, drei Anschlusskanalabschnitte 8a bis 8c auf, die zu den Austritten der Entlüftungskanäle 16 bis 18 im Verbin­ dungsbereich 7 korrespondieren. Der Anschlusskanalabschnitt 8a des Anschlussstutzens 8 ist an den Entlüftungskanal 16 und damit an den Hochtemperaturkreislauf der Teilkammer 4a ange­ schlossen. Der Anschlusskanalabschnitt 8b schließt an den Entlüftungskanal 18 und damit an die Teilkammer 4b und der Anschlusskanalabschnitt 8c an den Entlüftungskanal 17 und an die Teilkammer 4c an. Im Eintrittsbereich des Ausgleichsbe­ hälters 6, d. h. unmittelbar nach dem Eintritt der hoch- oder niedertemperierten Teilströme durch den Anschlussstutzen 8 hindurch, schließen Strömungsleitflächen 19 an den Anschluss­ stutzen 8 an, die als Schottwände zur Trennung der hoch- und niedertemperierten Teilströme der Anschlusskanalabschnitte 8a bis 8c in diesem Eintrittsbereich dienen. Die Strömungsleit­ flächen 19 sind gemäß Fig. 6 derart gestaltet, das die Teil­ ströme getrennt voneinander umgelenkt und gleichgerichtet werden. Die Teilströme, die durch die Entlüftungskanäle 16 bis 18 und durch die Anschlusskanalabschnitte 8a bis 8c in den Ausgleichsbehälter 6 strömen, stellen ein Kühlmittel/Gas­ gemisch dar, wobei dieses Gemisch insbesondere im Hochtempe­ raturbereich, d. h. im Bereich des mittleren Anschlusskanalab­ schnittes 8a, noch eine sehr hohe Temperatur hat.

Da nach der Umlenkung und Beruhigung sowie Ausrichtung der Teilströme durch die Strömungsleitflächen 19, die somit als Rücklaufschutz dienen, die Teilströme gemäß der Darstellung nach Fig. 6 (siehe die Pfeilführungen) zusammengeführt wer­ den, wird die gemeinsame Strömung anschließend über verschie­ dene Wandungsabschnitte 20 im Ausgleichsbehälter 6 labyrinth­ artig umgelenkt. Dadurch durchläuft die Strömung einen sehr langen Weg, wobei sie durch das Entlangströmen an den Wandun­ gen des Ausgleichsbehälters 6 während ihres Weges durch den Ausgleichsbehälter 6 hindurch abgekühlt wird. Im Bereich des Austrittsstutzens 15 ist die Strömung dann soweit abgekühlt, dass sie vom Austrittsstutzen 15 aus zu einem entsprechenden Eintrittsstutzen am unteren Sammelkasten 3 zurückgeführt und wieder in die Kreisläufe eingebracht werden kann.

Claims (9)

1. Wärmeübertrager mit mehreren Wärmeübertragungskreisen, mit zwei Sammelkästen und wenigstens einem zwischen die­ sen erstreckten Rippen/Rohrblock, sowie mit wenigstens einem Ausgleichsbehälter, wobei jeder Wärmeübertragungs­ kreis mittels einer Entlüftungsleitung mit dem Aus­ gleichsbehälter in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, dass alle Entlüftungsleitungen (16 bis 18) in einen gemeinsa­ men Verbindungsbereich (7) münden, wobei die Entlüftungs­ leitungen (16 bis 18) und der Verbindungsbereich (7) einstückig in einem oberen Sammelkasten (4) integriert sind, und dass der Ausgleichsbehälter (6) einen korres­ pondierenden, gemeinsamen Anschlussstutzen (8) aufweist, in dem für jede Entlüftungsleitung (16 bis 18) jeweils ein in den Ausgleichsbehälter (6) führender Anschlusska­ nalabschnitt (8a bis 8c) integriert ist.

2. Wärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlussstutzen (8) des Ausgleichsbehälters (6) und der Verbindungsbereich (7) des Sammelkastens (4) als ge­ genseitige Steckverbindung gestaltet sind.

3. Wärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Ausgleichsbehälter (6) jedem Anschlusskanalabschnitt (8a bis 8c) Strömungsleitflächen (19) zugeordnet sind, die als Rücklaufschutz für die Teilströme der Anschluss­ kanalabschnitte (8a bis 8c) gestaltet sind.

4. Wärmeübertrager nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgleichsbehälter (6) zwischen Eintritt und Austritt mit labyrintriförmig angeordneten Wandungsabschnitten (20) versehen ist.

5. Wärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sammelkasten (4) in mehrere, jeweils einem Wärmeüber­ tragungskreis zugeordnete Sammelkammern (4a bis 4c) un­ terteilt ist, die in einer einstückigen Sammelkastenwanne ausgebildet sind, und von denen aus jeweils ein Entlüf­ tungskanal (16 bis 18) zu dem Verbindungsbereich (7) ge­ führt ist, wobei die Entlüftungskanäle (16 bis 18) und der Verbindungsbereich (7) einstückig in der Sammelkas­ tenwanne ausgeformt sind.

6. Wärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Wärmeübertragungskreis als Hochtemperatur­ kreis gestaltet ist.

7. Wärmeübertrager nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Sammelkastenwanne aus Kunststoff hergestellt ist.

8. Wärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgleichsbehälter (6) aus Kunststoff hergestellt ist.

9. Wärmeübertrager nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgleichsbehälter (6) über Rast- und/oder Steckver­ bindungen (10 bis 14) mit dem Sammelkasten (4) verbunden ist.