DE10102483A1 - Wärmetauscher, insbesondere Kühlersystem für Verbrennungsmotoren - Google Patents

Wärmetauscher, insbesondere Kühlersystem für Verbrennungsmotoren

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Abstract

Wärmetauschersystem (1), insbesondere Kühlersystem für Verbrennungsmotoren, bestehend aus einem Wärmetauscherkörper (2), der wenigstens drei Wärmetauscherkammern (3.1, 3.2, 3.3) aufweist, die jeweils von Kühlmedium transportierenden Rohren (4.1, 4.2, 4.3) in Längsrichtung durchsetzt sind und die jeweils einen Eingangs- (5.1, 5.2, 5.3) und einen Ausgangsanschluß (6.1, 6.2, 6.3) für das zu kühlende Medium (7.1, 7.2, 7.3) aufweisen, wobei die an den Enden der Wärmetauscherkammern (3.1, 3.2, 3.3) angeordneten Öffnungen (8.1, 8.2, 8.3, 9.1, 9.2, 9.3) mit jeweils einer Mediumtrennplatte (10.1, 10.2, 10.3) verschlossen sind, wobei die Mediumtrennplatte (10.1, 10.2, 10.3) von den das Kühlmedium transportierenden Rohren (4.1, 4.2, 4.3) durchsetzt ist und die Mediumtrennplatte (10.1, 10.2, 10.3) mit einem Wärmetauscherdeckel (11, 12) abgedeckt ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, insbesondere ein Kühlersystem für Verbrennungsmotoren.
Grundsätzlich sind Kühlersysteme bekannt bei denen die zu kühlenden Medien wie beispielsweise Ladeluft, Kraftstoff und Motorkühlwasser gekühlt werden.
Die bekannten Kühlersysteme sind so aufgebaut, die zu kühlen­ den Medien in nacheinander geschalteten Kühlern gekühlt wer­ den. Die Kühler sind mittels Rohrleitungen miteinander ver­ bunden, wobei das Kühlmedium mittels Rohrleitungen oder Schläuchen den Kühlern zugeführt wird.
Das bekannte Kühlersystem weißt den Nachteil auf, daß die einzelnen nacheinander geschalteten Kühler mit einem hohen Montageaufwand mittels Rohrleitungen untereinander verbunden werden müssen. Bei einer Verbindung der Kühler mittels Rohren können auch leicht Montagefehler und somit Undichtigkeiten im Rohrleitungssystem auftreten.
Durch die Notwendigkeit die Kühler mittels Rohrleitungen zu verbinden besteht auch der Nachteil, daß die bekannten Küh­ lersysteme eine große Baugröße aufweisen. Die steigenden An­ zahl von im Motorraum befindlichen Aggregate sowie der Not­ wendigkeit der Gewichtsreduzierung von Motorkomponenten er­ fordert die Vermeidung des Einsatzes von Rohrleitungen.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Wärmetauscher zu schaf­ fen, der die vorstehend beschriebenen Nachteile vermeidet, kostengünstig herzustellen ist und einen zuverlässigen Ein­ satz gewährleistet.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Wärmetau­ schersystem, insbesondere Kühlersystem für Verbrennungsmoto­ ren, bestehend aus einem Wärmetauscherkörper, der wenigstens drei Wärmetauscherkammern aufweist, die jeweils von Kühlmedi­ um transportierenden Rohren in Längsrichtung durchsetzt sind und die jeweils einen Eingang- und einen Ausgangsanschluß für das zu kühlende Medium aufweisen, wobei die an den Enden der Wärmetauscherkammern angeordneten Öffnungen mit jeweils einer Mediumtrennplatte verschlossen sind, wobei die Mediumtrenn­ platte von den das Kühlmedium transportierenden Rohren durch­ setzt ist und die Mediumtrennplatte mit einem Wärmetauscher­ deckel abgedeckt ist.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das Wärmetauschersystem zur Kühlung von Wasserfahrzeug­ verbrennungsmotoren und stationären Antrieben, wie z. B. Not­ stromaggregaten und Pumpenantrieben eingesetzt wird. Als Kühlmedium kann beispielsweise Seewasser eingesetzt werden, daß mittels einer Pumpe angesaugt wird.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß in der Wärmetauscherkammer Ladeluft des Mo­ tors in der Wärmetauscherkammer Kraftstoff und in der Wärme­ tauscherkammer Motorkühlwasser gekühlt wird. Selbstverständ­ lich können auch andere Medien gekühlt werden und insbesonde­ re die Reihenfolge der Kühlung der Medien kann unterschied­ lich sein.
In zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Wärmetauscherkörper mit den drei Wärmetauscherkammern einstückig ausgebildet ist. Vorteilhaft ist diese Gestaltung da der Wärmetauscherkörper beispielsweise einfach durch Gie­ ßen hergestellt werden kann, welches insbesondere bei größe­ ren Stückzahlen aus wirtschaftlichen Gründen sinnvoll ist.
In weiterer zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung ist vor­ gesehen, daß der Wärmetauscherkörper mit den drei Wärmetau­ scherkammern aus drei miteinander verbundenen Wärmetauscherkammern gebildet ist. Die einzelnen Wärmetauscherkammern kön­ nen beispielsweise in Abhängigkeit der erforderlichen Größe und Anzahl an Wärmetauscherkammern auf den Anwendungsfall ab­ gestimmt montiert werden, wobei die Wärmetauscherkammern bei­ spielsweise miteinander verschraubt sein können und zusätz­ lich durch die Wärmetauscherdeckel verbunden sind.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Wärmetauscherdeckel eine Abdeckung aufweist, die der Wärmetauscherkammer zugeordnet ist, wobei die Abdeckung einen Kühlmediumeingang aufweist, eine Abdeckung, die der Wärmetau­ scherkammer zugeordnet ist, ist mittels eines Strömungskanals mit einer Abdeckung verbunden, die der Wärmetauscherkammer zugeordnet ist, wobei die Abdeckung mittels eines Umlenk­ blechs in die Teilabdeckungen unterteilt ist.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Wärmetauscherdeckel eine Abdeckung auf­ weist, die der Wärmetauscherkammer zugeordnet ist, wobei die Abdeckung mittels eines Strömungskananls mit einer Abdeckung verbunden, die der Wärmetauscherkammer zugeordnet ist und ei­ ne Abdeckung vorgesehen ist, die mittels eines Umlenkblechs in die Teilabdeckungen unterteilt ist, wobei die Teilabdec­ kung einen Kühlmediumausgang aufweist.
In Abhängigkeit von dem Strömungsweg ist es auch möglich, daß der Kühlmediumeingang und der Kühlmediumausgang in demselben wärmetauscherdeckel angeordnet sind. Außerdem ist es möglich, daß alle oder bestimmte der Wärmetauscherkammer zugeordneten Abdeckungen im Wärmetauscherdeckel mit einem oder mehreren Umlenkblechen versehen sind, so daß alle oder bestimmte Wär­ metauscherkammern mehrfach durchströmt werden.
In zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Wärmetauscherdeckel einstückig ausgebildet sind.
Die Erfindung wird anhand schematischer Zeichnungen näher er­ läutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht des Wärmetau­ schers,
Fig. 2 eine seitliche Ansicht des Wärmetauschers,
Fig. 3 eine Ansicht von rechts des in Fig. 2. darge­ stellten Wärmetauschers,
Fig. 4 eine Ansicht von links des in Fig. 2. darge­ stellten Wärmetauschers,
Fig. 5 eine Draufsicht des Wärmetauschers,
Fig. 6 einen Schnitt durch den Wärmetauscher entlang der Linie A-A in Fig. 2,
Fig. 7 einen Schnitt durch den Wärmetauscherdeckel entlang der Linie B-B in Fig. 6,
Fig. 8 einen Schnitt durch den Wärmetauscherdeckel entlang der Linie C-C in Fig. 6.
Fig. 9 ein Flußdiagramm des bekannten Wärmetauschers
Fig. 10 ein Flußdiagramm des erfindungsgemäßen Wärme­ tauschers
Fig. 1 zeigt ein Wärmetauschersystem (1), insbesondere Küh­ lersystem für Verbrennungsmotoren, bestehend aus einem Wärme­ tauscherkörper (2), der beispielsweise gegossen sein kann.
Der Wärmetauscherkörper (2) weißt drei Wärmetauscherkammern (3.1, 3.2, 3.3) auf. In der Wärmetauscherkammer (3.1) wird Ladeluft des Motors (7.1), in der Wärmetauscherkammer (3.2) Kraftstoff (7.2) und in der Wärmetauscherkammer (3.3) Motor­ kühlwasser (7.3) gekühlt.
Die zu kühlenden Medien Ladeluft, Kraftstoff und Motorkühl­ wasser werden in den jeweiligen Wärmetauscherkammern (3.1, 3.2, 3.3) durch ein Kühlmedium, beispielsweise in Form von Seewasser, welches durch die Rohre (4.1, 4.2, 4.3) geführt wird, gekühlt. Die zu kühlenden Medien werden durch jeweils einen Eingang- (5.1, 5.2, 5.3) und einen Ausgangsanschluß (6.1, 6.2, 6.3) in die Wärmetauscherkammern (3.1, 3.2, 3.3) eingebracht. Ein Wärmetauscherdeckel (11, 12) verschließt je­ weils das Ende der Wärmetauscherkörpers (2).
Fig. 2 zeigt eine seitliche Ansicht des Wärmetauschers (2) in der der Ladelufteingang (5.1), der Kraftstoffeingang (5.2), der Motorkühlwassereingang (5.3) sowie der Ladeluftausgang (6.1), der Kraftstoffausgang (6.2) und der Motorkühlwasser­ ausgang (6.3) ersichtlich sind. Weiterhin ist die Flußrich­ tung des Kühlmediums (Seewasser) in den Kühlmediumeingang (14) und aus dem Kühlmediumausgang (28) ersichtlich.
Fig. 3 zeigt eine Ansicht von rechts des in Fig. 2. darge­ stellten Wärmetauschers (2) mit einer Draufsicht auf den Wär­ metauscherdeckel (12), der die Wärmetauscherkammern (3.1, 3.2, 3.3) abdeckt, wobei der Kühlmediumausgang (28) an der Abdeckung (24) angeordnet ist.
Fig. 4 zeigt eine Ansicht von links des in Fig. 2. darge­ stellten Wärmetauschers (2) mit einer Draufsicht auf den Wär­ metauscherdeckel (11), der die Wärmetauscherkammern (3.1, 3.2, 3.3) abdeckt, wobei der Kühlmediumeingang (14) an der Abdeckung (13) angeordnet ist.
Fig. 5 zeigt eine Draufsicht des Wärmetauschers 2 mit dem Kühlmediumeingang (14) und dem Kühlmediumausgang (28).
Fig. 6 zeigt einen Schnitt durch den Wärmetauscher (2) entlang der Linie A-A in Fig. 2. Hierbei wird Seewasser durch den Kühlmediumeingang (14) in die Wärmetauscherkammer (3.1) ein­ gebracht. Die Wärmetauscherkammer (3.1) ist mittels einer Me­ diumtrennplatte (10.1), die durch die Rohre (4.1) durchsetzt ist, abgeschlossen. Ein Kontakt von Seewasser und der Lade­ luft wird somit vermieden. Die Ladeluft wird durch den Lade­ lufteingang (5.1) eingebracht und umströmt die Seewasser transportierenden Rohre 4.1, wodurch die Ladeluft (7.1) bis zum Ladeluftausgang (6.1) abgekühlt wird, da die Wärme an das Seewasser abgegeben wird.
Das Seewasser strömt in die Abdeckung (21) des Wärmetauscher­ deckels (12) und wird durch den im Deckel (12) angeordneten Strömungskanal (22) in die Abdeckung (23) geleitet. Das See­ wasser strömt durch die Wärmetauscherkammer (3.2), um den Kraftstoff (7.2) zu kühlen. Das Seewasser tritt in die Abdec­ kung (15) des Wärmetauscherdeckels (11) ein und fließt in die Abdeckung (19), die durch die Teilung der Abdeckung (17) mit­ tels des Umlenkblechs (18) gebildet wird.
Das Seewasser durchströmt nunmehr die Wärmetauscherkammer (3.3) und kühlt das Motorkühlwasser (7.3). In der Abdeckung (26) des Wärmetauscherdeckels (12), die durch die Teilung der Abdeckung (24) mittels des Umlenkblechs (25) gebildet wird, wird das Seewasser in der Fließrichtung umgelenkt und strömt in entgegengesetzter Richtung die Wärmetauscherkammer (3.3).
In der Abdeckung (20) des Wärmetauscherdeckels (11) erfolgt eine erneute Umlenkung des Seewassers, so daß dieses in ent­ gegengesetzter Richtung die Wärmetauscherkammer (3.3) wieder durchströmt bevor das Seewasser aus dem Kühlmediumausgang (28) austritt.
Die Führung der Seewasserströmumg durch die entsprechend aus­ gebildeten Wärmetauscherdeckel (11, 12) ermöglicht es, daß keine Rohrleitungen eingesetzt werden müssen, um die Wärme­ tauscherkammern (3.1, 3.2, 3.3) zu verbinden. Hierdurch wird eine erhebliche Reduzierung des Montageaufwandes erreicht und die Baugröße verringert.
Fig. 7 zeigt einen Schnitt durch den Wärmetauscherdeckel (11) entlang der Linie B-B in Fig. 6. Das Seewasser strömt durch den Kühlmediumeingang (14) in die Abdeckung (13). Die Abdec­ kung (13) deckt die Wärmetauscherkammer (3.1) ab. Die Abdec­ kung (15) deckt die Wärmetauscherkammer (3.2) ab, wobei das Seewasser aus der Wärmetauscherkammer (3.2) kommend durch den Strömungskanal (16) in die Abdeckung (19) fließt und an dem Umlenkblech (18) umgelenkt wird, um in die Wärmetauscherkam­ mer (3.3) zu fließen. Die aus der Wärmetauscherkammer (3.3) zurück kommende Strömung wird in der Abdeckung (20) umgelenkt und erneut durch die Wärmetauscherkammer (3.3) geleitet.
Fig. 8 zeigt einen Schnitt durch den Wärmetauscherdeckel (12) entlang der Linie C-C in Fig. 6. Das Seewasser kommt aus der Wärmetauscherkammer (3.1) und wird in der Abdeckung (21) durch den Strömungskanal (22) in die Abdeckung (23) geleitet. Die Abdeckung (23) deckt die Wärmetauscherkammer (3.2) ab. Das Seewasser wird nach der Durchströmung der Wärmetauscher­ kammer (3.2) aus der Wärmetauscherkammer (3.3) kommend in der Abdeckung (26) an dem Umlenkblech (25) umgelenkt, um erneut in die Wärmetauscherkammer (3.3) zu fließen. Die aus der Wär­ metauscherkammer (3.3) zurück kommende Strömung wird in der Abdeckung (27) durch den Kühlmittelausgang (28) abgeführt.
Fig. 9 zeigt ein Flußdiagramm des bekannten Wärmetauschers, der aus drei nacheinander geschalteten Wärmetauscherkammern (3.1, 3.2, 3.3) gebildet ist. Das Kühlmedium tritt in die Wärmetauscherkammer (3.1) ein und durchströmt nacheinander die weiteren Wärmetauscherkammern (3.2, 3.3), wobei es not­ wendig ist die Wärmetauscherkammern mittels Rohrleitungen (26.1, 26.2) zu verbinden. Durch das Verbinden der Wärmetau­ scherkammern entsteht ein erheblicher Montageaufwand.
Fig. 10 zeigt ein Flußdiagramm des erfindungsgemäßen Wärme­ tauschers (1), wobei Kühlmedium durch den Kühlmediumeingang (14) durch die Wärmetauscherkammern (3.1, 3.2, 3.3) geleitet wird und am Kühlmediumausgang (28) austritt. In der Wärmetau­ scherkammer (3.1) wird Ladeluft (7.1), in der Wärmetauscher­ kammer (3.2) wird Kraftstoff (7.2) und in der Wärmetauscher­ kammer (3.3) wird Motorkühlwasser (7.3) gekühlt. Der Kern der Erfindung ist, daß es nicht notwendig ist die Wärmetauscher­ kammern (3.1, 3.2, 3.3) mittels Rohren zu verbinden, da die­ ses durch die erfindungsgemäß ausgestalteten Wärmetauscher­ deckel erfolgt, die die notwendigen Strömungskanäle und Um­ lenkbleche aufweisen. Es ist auch möglich, daß zwei oder mehr als drei Wärmetauscherkammern in einem Wärmetauscherkörper (2) integriert werden und durch entsprechend angepaßte Wärme­ tauscherdeckel (11, 12) abgedeckt werden.
Im Gegensatz zu dem aus Fig. 9 bekannten Wärmetauscher ist es mit dem erfindungsgemäßen Wärmetauscher 1 möglich, daß die Wärmetauscherkammer (3.3) mehrfach durchströmt wird durch den Einsatz von Umlenkblechen in den Wärmetauscherdeckeln. Es ist selbstverständlich auch möglich, das alle oder bestimmte Wär­ metauscherkammern mehrfach durchströmt werden, indem die Wär­ metauscherdeckel auch im Bereich der Öffnungen der Wärmetau­ scherkammern (3.2, 3.3) mit Umlenkblechen versehen werden.

Claims (9)

1. Wärmetauschersystem (1), insbesondere Kühlersystem für Verbrennungsmotoren, bestehend aus einem Wärmetauscherkörper (2), der wenigstens drei Wärmetauscherkammern (3.1, 3.2, 3.3) aufweist, die jeweils von Kühlmedium transportierenden Rohren (4.1, 4.2, 4.3) in Längsrichtung durchsetzt sind und die je­ weils einen Eingang- (5.1, 5.2, 5.3) und einen Ausgangsan­ schluß (6.1, 6.2, 6.3) für das zu kühlende Medium (7.1, 7.2, 7.3) aufweisen, wobei die an den Enden der Wärmetauscherkam­ mern (3.1, 3.2, 3.3) angeordneten Öffnungen (8.1, 8.2, 8.3, 9.1, 9.2, 9.3) mit jeweils einer Mediumtrennplatte (10.1, 10.2, 10.3) verschlossen sind, wobei die Mediumtrennplatte (10.1, 10.2, 10.3) von den das Kühlmedium transportierenden Rohren (4.1, 4.2, 4.3) durchsetzt ist und die Mediumtrenn­ platte (10.1, 10.2, 10.3) mit einem Wärmetauscherdeckel (11, 12) abgedeckt ist.
2. Wärmetauschersystem (1) nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Wärmetauschersystem (1) zur Kühlung von Wasserfahrzeugverbrennungsmotoren und stationären Antrieben, wie z. B. Notstromaggregaten und Pumpenantrieben eingesetzt wird.
3. Wärmetauschersystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Wärmetauscherkammer (3.1) Ladeluft des Motors (7.1), in der Wärmetauscherkammer (3.2) Kraftstoff (7.2) und in der Wärmetauscherkammer (3.3) Motor­ kühlwasser (7.3) gekühlt wird.
4. Wärmetauschersystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscherkörper 2 mit den drei Wärmetauscherkammern (3.1, 3.2, 3.3) einstückig ausge­ bildet ist.
5. Wärmetauschersystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscherkörper 2 mit den drei Wärmetauscherkammern (3.1, 3.2, 3.3) aus drei miteinander verbundenen Wärmetauscherkammern (3.1, 3.2, 3.3) gebildet ist.
6. Wärmetauschersystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscherdeckel (11) eine Abdeckung (13) aufweist, die der Wärmetauscherkammer (3.1) zugeordnet ist, wobei die Abdeckung (13) einen Kühlmediumein­ gang (14) aufweist, eine Abdeckung (15), die der Wärmetau­ scherkammer (3.2) zugeordnet ist, ist mittels eines Strö­ mungskananls (16) mit einer Abdeckung (17) verbunden, die der Wärmetauscherkammer (3.3) zugeordnet ist, wobei die Abdeckung (17) mittels eines Umlenkblechs (18) in die Teilabdeckungen (19, 20) unterteilt ist.
7. Wärmetauschersystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscherdeckel (12) eine Abdeckung (21) aufweist, die der Wärmetauscherkammer (3.1) zugeordnet ist, wobei die Abdeckung (21) mittels eines Strö­ mungskananls (22) mit einer Abdeckung (23) verbunden, die der Wärmetauscherkammer (3.2) zugeordnet ist und eine Abdeckung (24) vorgesehen ist, die mittels eines Umlenkblechs (25) in die Teilabdeckungen (26, 27) unterteilt ist, wobei die Teil­ abdeckung (27) einen Kühlmediumausgang (28) aufweist.
8. Wärmetauschersystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmetauscherdeckel (11, 12) einstückig ausgebildet sind.
9. Wärmetauschersystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmetauscherkammern (3.1, 3.2, 3.3) eine identische oder unterschiedliche Größe aufwei­ sen.
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