DE10110966A1 - Modularer Kühler - Google Patents

Abstract

Ein modularer Kühler, der austauschbare Kernteile aufweist, und zwar mit einem Rohrblech auf jedem Ende und einem von einem Elektromotor angetriebenen Ventilator wird offenbart, wobei eine Vielzahl von Kernteilen Rohrblech an Rohrblech verbunden sind, und er eine Kopf- bzw. Druckleitung mit offenen Enden besitzt, die an jedem der Endrohrbleche angeschlossen sind, um einen Durchgang zu bilden, wobei die Durchgänge benachbart zueinander sind, und wobei benachbarte Kopf- bzw. Druckleitungen mit einer Platte zwischen den benachbarten Druckleitungen verbunden sind, wobei einige Platten eine Öffnung haben, die mit den Öffnungen in den Enden der Druckleitungen zusammen passen, und wobei andere Platten glatt sind, und zwar ohne eine Öffnung, wobei, wenn beide der Platten zwischen benachbarten Druckleitungen eine Öffnung haben, die benachbarten Durchgänge zum parallelen Fluß konfiguriert sind, wobei, wenn eine der Platten zwischen den benachbarten Druckleitungen glatt ist und die andere Platte zwischen den benachbarten Druckleitungen eine Öffnung hat, die benachbarten Durchgänge zum seriellen Fluß bzw. Reihenfluß konfiguriert sind, und wobei, wenn beide der Platten zwischen den benachbarten Druckleitungen glatt sind, die Durchgänge unabhängig sind und unterschiedliche Kühlmittel aufweisen können, die durch jeden Durchgang fließen, wobei glatte Platten auch den außenliegenden Enden der Druckleitungen angeordnet sind und entfernt werden können, um einen Durchgang hinzuzufügen, was ...

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kühler für einen Verbrennungsmotor und insbesondere auf einen Kühler, der aus austauschbaren Modulen aufgebaut ist.

Technischer Hintergrund

Fertige Kühlerkonstruktionen werden in festen Größen und Konfigurationen aufgebaut. Die Veränderung der Kühlergrö­ ße ist eine schwierige Aufgabe. Zusätzlich weichen Syste­ me mit getrenntem Kreislauf, beispielsweise Nachkühler- und Mantelwassersysteme, bezüglich der Größe stark ab, und zwar abhängig von den gegebenen Zuständen und den Mo­ toranforderungen. Dies macht maßgeschneiderte Kühler für jede Anwendung nötig. Wenn ein Fehler bei der Größenab­ messung oder der Flächenbelastung gemacht wird, oder wenn sich die Umstände ändern, macht die Abhilfe des Fehlers oder der schlechten Leistung aufgrund solcher Veränderun­ gen gewöhnlicherweise den Ersatz des Kühlers nötig. Das US-Patent 2 044 457 zeigt einen Wärmetauscher, wo Module variiert bzw. verändert werden können, um eine unter­ schiedliche Wärmeübertragung mit variierenden Flußmustern zu erzeugen; zur Veränderung eines Flußmusters müssen ganze Module verändert werden.

Offenbarung der Erfindung

Unter den Zielen dieser Erfindung kann das Vorsehen eines modularen Kühlers erwähnt werden, der gemeinsame Kopflei­ tungen bzw. Leitungen und einen Kern verwendet, einen Mo­ tor, eine Ventilatorkombination zur Erzeugung von Wärme­ übertragungsflächen, bei dem die Größe der Übertragungs- fläche genauso wie die Flußkonfiguration zwischen paral­ lelem und Reihenfluß leicht verändert werden kann.

Im allgemeinen weist ein modularer Kühler, wenn er gemäß dieser Erfindung ausgeführt wird, eine Vielzahl von Kopfleitungen bzw. Druckleitungen auf, die an beiden En­ den offen sind, und eine Vielzahl von im allgemeinen identischen Kernteilen. Die Kernteile haben eine Vielzahl von langgestreckten mit Finnen bzw. Kühlrippen versehenen geraden Rohren, die in Reihen angeordnet sind. Jedes Ende der Rohre paßt in Löcher in ein Rohrflächenelement bzw. Rohrblech. Eine Dichtung wird zwischen dem Außendurchmes­ ser des Rohrs und dem assoziierten Loch gebildet. Die Rohrbleche sind mit einem weiteren Rohrblech und mit den Kopf- bzw. Druckleitungen befestigt. Umfangsdichtungen werden zwischen verbundenen Rohrblechen und zwischen ver­ bundenen Rohrblechen und Druckleitungen angeschlossen. Kernteile, die zwischen zwei Druckleitungen angeordnet sind, bilden einen Durchgang. Benachbarte Durchgänge sind verbunden durch Verbindung der offenen Enden der benach­ barten Druckleitungen miteinander durch eine Platte zwi­ schen den Druckleitungen, und eine Umfangsdichtung wird zwischen der Platte und jeder Druckleitung geformt. Man­ che Platten sind mit einer Öffnung gemacht, die mit der Öffnung in den Enden der Druckleitungen zusammenpaßt. An­ dere Platten sind glatt ohne eine Öffnung. Ventilatoren sind kooperativ mit den Kernteilen assoziiert, um Kühl­ luft durch die Kernteile zu drücken. Wobei dadurch die Durchgänge unabhängig sind, wenn beide Platten zwischen den Druckleitungen der benachbarten Durchgänge glatt sind, und jeder dieser Durchgänge kann ein anderes Kühl­ mittel behandeln. Wenn beide Platten zwischen den Druck­ leitungen der benachbarten Durchgänge eine Öffnung haben, gibt es einen parallelen Fluß zwischen diesen benachbar­ ten Durchgängen. Wenn eine der Platten zwischen benach­ barten Durchgängen eine Öffnung hat, und die andere Plat­ te frei ist, gibt es einen Serien- bzw. Reihenfluß zwi­ schen diesen benachbarten Durchgängen. Der Fluß kann um­ geschaltet werden zwischen seriell und parallel in be­ nachbarten Durchgängen, und zwar durch Veränderung einer einzigen Platte, und dies verändert die im den benachbar­ ten Durchgängen übertragene Wärme.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung, wie sie in den Ansprüchen dargelegt wird, wird klarer durch Lesen der folgenden detaillierten Be­ schreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen sich auf gleiche Teile in den Zeichnungen beziehen, und in denen die Figuren fol­ gendes darstellen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht eines modularen Küh­ lers, der gemäß dieser Erfindung hergestellt ist;

Fig. 2 eine schematische Ansicht eines alternativen Moduls mit einer anderen Ventilator- und Kern­ kombination;

Fig. 3 eine schematische Ansicht eines weiteren alter­ nativen Moduls mit einer anderen Ventilator- und Kernkombination;

Fig. 4 eine vergrößerte Teilschnittansicht eines Küh­ lerkerns;

Fig. 5 eine vergrößerte Teilansicht einer Dichtung, die zwischen den Kernrohrblechen und den Kern­ rohrblechen und Druckleitungen verwendet wird;

Fig. 6 eine Ansicht einer Druckleitung bzw. Kopflei­ tung;

Fig. 7 eine Ansicht einer Druckleitung mit einem Ein­ laß- oder Auslaßanschluß;

Fig. 8 eine Schnittansicht aufgenommen entlang der Li­ nie VIII-VIII der Fig. 7;

Fig. 9 eine Ansicht einer Platte, die zwischen benach­ barte Druckleitungen paßt, und zwar mit einer Öffnung, die mit den Öffnungen in den Enden der Druckleitungen übereinander passen;

Fig. 10 eine Ansicht einer freien Platte bzw. glatten Platte, die über die Öffnungen in den Enden der Druckleitungen und zwischen den benachbarten Druckleitungen paßt;

Fig. 11 eine Ansicht einer Dichtung, die zwischen der Platte und der Druckleitung angeordnet ist; und

Fig. 12 eine schematische Ansicht, die eine Tragstruk­ tur für den modularen Kühler zeigt.

Bester Weg zur Ausführung der Erfindung

Mit Bezug auf die Zeichnungen im Detail und insbesondere auf Fig. 1 ist ein modularer Kühler 1 gezeigt, der eine Vielzahl von Kernteilen 3 aufweist, die Ende an Ende mit einer Kopf- bzw. Druckleitung 5 verbunden sind, und zwar mit einem Anschluß 7 an einem Ende und einer Kopf- bzw. Druckleitung 9 mit einem Anschluß an dem anderen Ende, die einen Durchgang 11 bildet. Die Druckleitungen 5 und 9 haben eine Öffnung an jedem Ende. Eine Platte 13 hat eine Öffnung 15, die zu den offenen Enden der Druckleitungen 5 und 9 paßt oder damit übereinander liegt. Wenn die Plat­ ten 13 mit der Öffnung 15 zwischen den Druckleitungen 5 oder 9 angeordnet sind, sehen sie eine Strömungsmittel­ verbindung zwischen den benachbarten Druckleitungen 5 oder 9 vor. Wenn eine glatte Platte 17 ohne Öffnung zwi­ schen den Druckleitungen 5 oder 9 angeordnet wird, ergibt es keine Strömungsmittelverbindung zwischen den benach­ barten Druckleitungen 5 oder 9. Die glatten Platten 17 werden auch verwendet, um die außenliegenden offenen En­ den der Druckleitungen 5 und 9 abzudecken. Wenn benach­ barte Durchgänge eine Platte 13 mit einer Öffnung 15 und eine glatte Platte 17 zwischen benachbarten Druckleitun­ gen 5 oder 9 haben, sind diese benachbarten Durchgänge in einer Reihenflußkonfiguration angeordnet, wie von den zwei Durchgängen auf der linken Seite der Fig. 1 ge­ zeigt. Wenn benachbarte Durchgänge zwei Platten 13 mit einer Öffnung 15 zwischen den benachbarten Druckleitungen 5 oder 9 haben, sind diese Durchgänge in paralleler Fluß­ konfiguration angeordnet, wie von den zwei Durchgängen auf der rechten Seite der Fig. 1 gezeigt. Wenn die be­ nachbarten Durchgänge zwei glatte Platten 17 zwischen den benachbarten Druckleitungen 5 oder 9 haben, sind diese benachbarten Durchgänge unabhängig und können andere Strömungsmittel aufweisen bzw. handhaben, wie beispiels­ weise Nachkühlerkühlmittel und Motormantelkühlmittel, wie von den mittleren zwei Durchgängen in der Mitte der Fig. 1 gezeigt. Ein Ventilator 19, der von einem Elektromotor oder von anderen Mitteln 21 angetrieben wird, ist koope­ rativ mit jedem Kernteil 3 assoziiert, um Kühlluft über den Kern 3 zu drücken, und diese Kombination bildet ein Modul 22. Der Kühler 1 wird aus einer Vielzahl von Modu­ len 22, Druckleitungen 5 und 9 und Platten 13 und 17 ge­ bildet.

Fig. 2 zeigt ein Modul 23 mit einer Vielzahl von Kern­ teilen 24, die kooperativ mit einem einzigen Ventilator 25 und einem Motor 27 assoziiert sind.

Fig. 3 zeigt ein Modul 28 mit einem einzigen Kernteil 29 und einer Vielzahl von Ventilatoren 31 und Motoren 33.

Fig. 4 zeigt einen Kernteil 3, 24 oder 29, der eine Vielzahl von Reihen von mit Finnen bzw. Rippen versehenen geraden Rohren 35 aufweist, wobei ein Rohrblech 37 an je­ dem Ende der Rohre 35 angeordnet ist. Die Enden der Rohre 35 sind in Löcher 39 in den Rohrblechen 37 eingepaßt, wo­ bei eine Dichtung zwischen dem Rohrblech 37 und dem Ende der Rohre 35 gebildet wird. Die Dichtung kann durch Lö­ ten, Schweißen, Walzen oder andere Mittel zum Formen ei­ ner solchen Dichtung gebildet werden.

Fig. 5 zeigt eine Dichtung 41, die zwischen die Rohrble­ che 35 paßt, wenn die Kernteile 1 Rohrblech 35 an Rohr­ blech 35 verbunden werden. Die Dichtung 41 paßt auch zwi­ schen die Druckleitungen 5 und 9 und die Rohrbleche 35.

Fig. 6 zeigt, daß die Druckleitung 9 einen Flansch 43 hat, der mit dem Rohrblech 35 an einer Öffnung mit einem Flansch 45 an beiden Enden der Druckleitung 9 zusammen­ paßt, so daß die benachbarten Druckleitungen 5 oder 9 in Strömungsmittelverbindung verbunden werden können.

Fig. 7 und 8 zeigen, daß die Druckleitung 5 den Flansch 43 hat, der mit den Rohrblechen 35 und dem Anschluß 7 zu­ sammenpaßt.

Der Anschluß 7 kann entweder ein Einlaß- oder ein Auslaß­ anschluß sein, und zwar abhängig von der erwünschten Flußkonfiguration des Kühlers 1. Die Öffnungen und Flan­ sche 45 an beiden Enden der Druckleitung 5 gestatten, daß benachbarte Druckleitungen 5 oder 9 in Strömungsmittel­ verbindung verbunden werden.

Fig. 9 zeigt die Platte 13, mit der darin angeordneten Öffnung 15. Die Öffnung 15 paßt zusammen mit den Öffnun­ gen in den Enden der Druckleitungen 5 und 9 oder liegt damit übereinander. Die Platte 13 mit der Öffnung 15 be­ sitzt vorzugsweise einen Ansatz 47 auf einer Seite. Der Ansatz 47 gestattet, daß die Bediener auf einen Blick wissen, daß die benachbarten Druckleitungen 5 oder 9 in Strömungsmittelverbindung verbunden sind.

Fig. 10 zeigt die glatte Platte 17. Es gibt keinen An­ satz, so daß der Bediener auf einen Blick weiß, daß die benachbarten Druckleitungen 5 oder 9 nicht in Strömungs­ mittelverbindung sind. Die glatten Platten 17 werden auch verwendet, um die außenliegenden offenen Enden der Druck­ leitungen 5 oder 9 abzudichten. Die glatten Platten 17, die an den Enden der Druckleitungen 5 oder 9 angeordnet sind, werden leicht entfernt, um einen weiteren Durchgang zum Kühler 1 hinzuzufügen, um die Wärmeübertragungsfläche zu vergrößern, und somit die vom Kühler 1 übertragene Wärme.

Fig. 11 zeigt eine Dichtung 49, die zwischen den Platten 13 oder 17 und dem Flansch 43 der Druckleitungen 5 oder 9 angeordnet ist, um eine Dichtung dazwischen zu formen. Während flache Dichtungen typischerweise in den Zeichnun­ gen gezeigt sind, sei bemerkt, daß andere Arten von Dich­ tungen, die beispielsweise O-Ringe und spiralförmig ge­ wickelte Dichtungen oder andere Dichtungsmittel aufwei­ sen, verwendet werden können.

Fig. 12 zeigt den Kühler 1, der horizontal auf einer Tragstruktur 51 angeordnet ist. Die Tragstruktur 51 hat Schenkel 53, die den Kühler 1 über die Höhe des Unter­ teils der Schenkel 53 anheben. Die Kernteile 3 werden vorzugsweise bei dem Rohrblech 37 durch Balken bzw. Stre­ ben 55 getragen. Die Ventilatoren 19 und ihre elektri­ schen Antriebsmotoren 21 sind unter den Kernteilen 3 an­ geordnet, um Luft nach oben über die Kernteile 3 des Küh­ lers 1 zu drücken. Jeder Kernteil 3 hat einen Ventilator 19 und einen Elektromotorantrieb 21. Die Ventilatoren 19 können einzeln abgeschaltet werden, um einen natürlichen Luftfluß durch den Kühler zu gestatten und die Wärmeüber­ tragung durch irgendeine Anzahl von Kernteilen 3 zu ver­ ringern, um die Kühlerauslaßtemperatur anzuheben, um den Gesamtmotorwirkungsgrad zu verbessern, da die Umge­ bungstemperaturen über 100°F zwischen Winter und Sommer beträchtlich variieren können.

Während die hier beschriebenen bevorzugten Ausführungs­ beispiele den besten Weg zur Ausführung dieser Erfindung darlegen, der gegenwärtig von den Erfindern in Betracht gezogen wird, werden zahlreiche Modifikationen und Anpas­ sungen dieser Erfindung anderen Fachmännern offensicht­ lich werden. Daher sollen die Ausführungsbeispiele als veranschaulichend und beispielhaft angesehen werden, und es sei bemerkt, daß die Ansprüche diese Modifikationen und Anpassungen abdecken sollen, da sie als innerhalb des Kerns und Umfang der Erfindung liegend angesehen werden.

Industrielle Anwendbarkeit

Ein modularer Kühler bietet, wenn er gemäß dieser Erfin­ dung ausführt wird, vorteilhafterweise gemeinsame Druck­ leitungsabschnitte, die mit einer Vielzahl von im allge­ meinen identischen Kernen verwendet werden können, wobei jeder seinen eigenen Ventilator und Motor besitzt. Diese Kernanordnungen können Ende an Ende zu einer Kopf- bzw. Druckleitung an jedem Ende angeordnet werden, um einen Durchgang zu bilden. Benachbarte Durchgänge können als paralleler oder serieller Fluß konfiguriert werden oder können so ausgeführt werden, daß sie getrennte Kühlmittel handhaben, wie beispielweise Motormantelkühlmittel oder Nachkühlerkühlmittel, und zwar allein durch Veränderung bzw. Umschaltung der Platten zwischen benachbarten Druck­ leitungen. Durchgänge und Kernanordnungen können hinzuge­ fügt werden, um einen Kühler von irgendeiner Größe zu formen. Da die Kerne identische Leistungsdaten haben, werden Tests die Konstruktionen vereinfachen. Wenn ein Kühler aufgrund von Umgebungszuständen oder Konstrukti­ onsfehlern nicht ordnungsgemäß arbeitet, können zukünfti­ ge Leistungssteigerungen oder -veränderungen, Größen und Flußmuster leicht verändert werden, um die Leistung zu verbessern. Die Ventilatoren können einzeln abgeschaltet werden, um die Wärmeübertragung von den Kernteilen zu steuern, um den Wirkungsgrad des Motors in den kälteren Monaten zu verbessern, oder wenn man unter Teillast ar­ beitet.

Claims (12)

1. Modularer Kühler, der folgendes aufweist:
eine Vielzahl von Kopf- bzw. Druckleitungen, die an beiden Enden offen sind;
eine Vielzahl von im allgemeinen identischen Kern­ teilen mit einem Rohrblech an jedem Ende mit einer Vielzahl von Löchern und mit einer Vielzahl von langgestreckten mit Finnen bzw. Rippen versehenen geraden Rohren, die in Reihen angeordnet sind, wobei jedes Ende der Rohre in die Löcher in den Rohrble­ chen eingepaßt ist, wobei eine Dichtung zwischen dem Außendurchmesser des Rohres und dem assoziierten Loch ausgebildet ist, wobei die Rohrbleche an einem weiteren Rohrblech und an den Druckleitungen zu be­ festigen sind;
umlaufende Rohrblechdichtungen, die zwischen den verbundenen Rohrblechen und zwischen den Rohrblechen und den Kopf- bzw. Druckleitungen angeordnet sind;
Kernteile, die zwischen zwei Druckleitungen angeord­ net sind, um einen Durchgang zu bilden;
glatte Platten und Platten mit Öffnungen, die mit Öffnungen in den Enden der Druckleitung zusammenpas­ sen, und wobei assoziierte Druckleitungsumfangsdich­ tungen, die zwischen benachbarten Druckleitungen an­ geordnet sind, benachbarte Durchgänge bilden; und
einen Ventilator, der kooperativ mit den Kernteilen assoziiert ist, der Kühlluft über die mit Finnen bzw. Rippen versehenen Rohre der Kernteile drückt;
wobei die glatten Platten an beiden Enden der Kern­ teile angeordnet sind, und zwar zwischen den Druck­ leitungen von benachbarten Durchgängen, wobei unab­ hängige Durchgänge gebildet werden, und wobei jeder dieser Durchgänge ein anderes Kühlmittel handhaben bzw. behandeln kann;
wobei die Platten Öffnungen besitzen, die an beiden Enden der Kernteile angeordnet sind, und zwar zwi­ schen den Druckleitungen der benachbarten Durchgän­ ge, wodurch ein paralleler Fluß zwischen diesen be­ nachbarten Durchgängen erzeugt wird;
wobei die glatte Plätte an einem Ende der Kernteile angeordnet ist, und zwar zwischen den Druckleitungen von benachbarten Durchgängen, und wobei in der Plat­ te Öffnungen an dem anderen Ende der Kernteile zwi­ schen den Druckleitungen von benachbarten Durchgän­ gen angeordnet sind, wodurch ein Serien- bzw. Rei­ henfluß zwischen diesen benachbarten Durchgängen er­ zeugt wird;
und wobei das Umschalten bzw. Auswechseln einer ein­ zelnen Platte zwischen den Druckleitungen der be­ nachbarten Durchgänge eine Veränderung des Flußmu­ sters zwischen den Reihen und parallelen Anordnungen in benachbarten Durchgängen zur Folge hat, und die Umschaltung bzw. Umleitung der Wärme, die durch die­ se benachbarten Durchgänge übertragen wird.

2. Modularer Kühler nach Anspruch 1, wobei die glatten Platten an den anderen Enden der Druckleitungen an­ geordnet sind, und wobei ein zusätzlicher Durchgang hinzugefügt wird, und wobei der hinzugefügte Durch­ gang zum Parallelfluß konfiguriert ist, und zwar durch Ersatz der zwei glatten Endplatten an einem Ende des modularen Kühlers durch zwei Platten mit Öffnungen und wobei er zum seriellen Fluß konfigu­ riert ist durch Ersetzen von einer der glatten End­ platten mit einer Platte mit einer Öffnung, was im wesentlichen die Wärmeübertragung des modularen Küh­ lers steigert.

3. Modularer Kühler nach Anspruch 1, wobei die Kerntei­ le so angeordnet sind, daß die Rohre horizontal sind.

4. Modularer Kühler nach Anspruch 3, wobei die Rohrble­ che auf einer angehobenen Höhe getragen werden.

5. Modularer Kühler nach Anspruch 4, wobei die Ventila­ toren und Motoren unter den Kernteilen angeordnet sind.

6. Modularer Kühler nach Anspruch 5, wobei zumindest eine der Kopf- bzw. Druckleitungen einen Einlaßan­ schluß besitzt, der in Strömungsmittelverbindung da­ mit angeordnet ist, und wobei mindestens eine der Kopf- bzw. Druckleitungen einen Auslaßanschluß be­ sitzt, der in Strömungsmittelverbindung damit ange­ ordnet ist.

7. Modularer Kühler nach Anspruch 6, wobei ein Ventila­ tor mit jedem Kernteil assoziiert ist.

8. Modularer Kühler nach Anspruch 7, wobei die zwei be­ nachbarten Durchgänge unabhängig sind.

9. Modularer Kühler nach Anspruch 8, wobei eine Viel­ zahl von Ventilatoren mit jedem Kernteil assoziiert ist.

10. Modularer Kühler nach Anspruch 9, wobei die zwei be­ nachbarten Durchgänge unabhängig sind.

11. Modularer Kühler nach Anspruch 6, wobei eine Viel­ zahl von Kernteilen mit jedem Ventilator assoziiert ist.

12. Modularer Kühler nach Anspruch 11, wobei die zwei benachbarten Durchgänge unabhängig sind.