DE102005049512A1

DE102005049512A1 - Wärmeübertrager mit integriertem thermischem Bypassventil

Info

Publication number: DE102005049512A1
Application number: DE102005049512A
Authority: DE
Inventors: Manos Belleville Eliades; Loren J. Monroe Lohmeyer III
Original assignee: Visteon Global Technologies Inc
Current assignee: Visteon Global Technologies Inc
Priority date: 2004-10-13
Filing date: 2005-10-12
Publication date: 2006-04-27
Also published as: US20060076129A1; US7490662B2; JP2006112428A

Abstract

Ein Wärmetauscher umfasst einen Einlassanschluss, einen Auslassanschluss, ein Hauptrohr, eine Vielzahl von Kühlrohren und ein im Wärmetauscher integriertes thermisches Bypassventil. Das thermische Bypassventil ist im Hauptrohr angeordnet und dafür konfiguriert, den Fluidstrom durch die Kühlrohre des Wärmetauschers unterhalb einer Zielfluidtemperatur zu begrenzen. Das thermische Bypassventil umfasst einen Ventilkörper, der zwischen einer ersten und einer zweiten Betriebsweise bewegbar ist, um den Fluidstrom zu begrenzen oder nicht zu begrenzen.

Description

Hintergrund
Fachgebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Wärmeübertrager bzw. Wärmetauscher. Speziell bezieht sie sich auf einen Wärmetauscher mit einem mit dem Wärmetauscher verbundenen thermischen Bypassventil.

Wärmetauscher in Kraftfahrzeuganwendungen müssen in einem weiten Bereich von Umgebungsbedingungen funktionieren. Für Wärmetauscher, wie z. B. Ölkühler, treten Betriebsbedingungen, wie z. B. tiefe Temperaturen, auf, die ein mit dem Ölkühler verbundenes thermisches Bypassventil dringend erforderlich machen. Normalerweise wird das thermische Bypassventil getrennt vom Wärmetauscher zwischen Förderschläuchen oder Verbindungsleitungen installiert. In jüngerer Zeit sind thermische Bypassventile über ein externes blockartiges Gehäuse an der Außenseite des Wärmetauschers befestigt worden.

Die Prozess-, Material- und Arbeitskosten zur Installation des Bypassventils in Schläuchen oder Verbindungsleitungen sind signifikant. Außerdem hat die gegenwärtig übliche Montage eines thermischen Bypassventils zwischen den Schläuchen oder außen am Wärmetauscher einen signifikanten Raumbedarf zur Folge. Mit der heutzutage üblichen umgebungsdichten Kapselung im Motorraum bringt der zur Unterbringung des thermischen Bypassventils zusätzlich erforderliche Raum ein erhebliches Problem mit sich. Außerdem lassen Probleme der Zuverlässigkeit und der Zugänglichkeit für die Wartung den Wunsch nach einer verbesserten Gestaltung aufkommen.

In voranstehender Sichtweise ist offensichtlich, dass ein Bedarf für eine verbesserte Gestaltung für die Unterbringung eines thermischen Bypassventils besteht.

Zusammenfassung

Zur Befriedigung dieses Bedarfs sowie zur Überwindung der aufgeführten Nachteile und anderer Einschränkungen des Standes der Technik stellt die Erfindung einen Wärmetauscher bereit, der ein integriertes thermisches Bypassventil umfasst.

Der Wärmetauscher umfasst einen Einlass- und einen Auslassanschluss, einen Verteiler, eine Vielzahl von Kühlrohren und ein thermisches Bypassventil. Der Verteiler steht in Fluidkommunikation mit dem Einlassanschluss und der Vielzahl von Kühlrohren. Das thermische Bypassventil ist im Verteiler angeordnet und zur Bereitstellung eines unterhalb der Zielfluidtemperatur die Kühlrohre umgehenden Strömungswegs durch eine Hülse zwischen dem Einlass- und dem Auslassanschluss konfiguriert. Ein Ventilkörper kooperiert mit der Hülse des thermischen Bypassventils, um das Fluid oberhalb der Zielfluidtemperatur durch die Kühlrohre zu leiten.

In einem anderen Aspekt der Erfindung ist der Ventilkörper in einer zu den Kühlrohren senkrechten Richtung beweglich, sodass der Fluidstrom begrenzt wird.

In einem anderen Aspekt der Erfindung ist die Hülse am Verteiler befestigt und eine Federklammer hält den Ventilkörper in der Hülse fest, sodass nach Entfernen der Klammer der Ventilkörper und die Feder ungehindert aus der Hülse entfernt werden können.

In einem anderen Aspekt der Erfindung umfasst der Wärmetauscher ein mit den Kühlrohren und dem Verteiler in Kommunikation stehendes Rückführrohr. Außerdem ist im Verteiler eine Prallplatte angeordnet, die die Kühlrohre und das Rückführrohr trennt.

In einem noch anderen Aspekt der Erfindung ist die Hülse durch Presssitz im Verteiler angeordnet, und der Einlassanschluss erstreckt sich durch den Verteiler in die Hülse.

Weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung sind nach Prüfung der nachfolgenden Beschreibung unter Berücksichtigung der Zeichnungen und der beigefügten und ein Teil dieser Spezifikation bildenden Patentansprüche für Fachleute leicht erkennbar.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist eine isometrische Darstellung eines Wärmetauschers mit einem integrierten thermischen Bypassventil in Ubereinstimmung mit der Erfindung.
2 ist eine im Schnitt dargestellte Seitenansicht eines Wärmetauschers mit einem integrierten thermischen Bypassventil in der geschlossenen Stellung.
3 ist eine im Schnitt dargestellte Seitenansicht eines Wärmetauschers mit einem integrierten thermischen Bypassventil in der geöffneten Stellung.
Ausführliche Beschreibung
In 1 ist ein die Prinzipien der Erfindung verkörpernder Wärmetauscher dargestellt und allgemein mit dem Bezugszeichen 10 gekennzeichnet. Als seine hauptsächlichen Komponenten umfasst der Wärmetauscher 10 ein Paar Hauptrohre (von denen nur eines in den Zeich nungen dargestellt und mit dem Bezugszeichen 12 gekennzeichnet ist), zwischen denen sich eine Reihe von Kühlrohren 14 erstreckt. Außerdem sind in einem der Hauptrohre 12 ein Einlassanschluss 20, ein Auslassanschluss 18 und ein thermisches Bypassventil 21 bereitgestellt. Der Einlassanschluss 20 ist mit dem Verteiler 12 verbunden und ermöglicht dem Fluid, wie z. B. dem Getriebeöl oder dem Motorkühlmittel, das Einströmen in den Verteiler 12. Aus dem Hauptrohr 12 zirkuliert das Fluid durch die Rohre 14, wo es gekühlt wird. Lamellen 16 sind mit den Kühlrohren 14 verbunden, um die Wärmeableitung aus den Kühlrohren 14 durch Konvektion zu verstärken. Das gekühlte Fluid wird im anderen Hauptrohr gesammelt und durch ein Rückführrohr 27 zum Verteiler 12 zurückgeführt. Anschließend verlässt das gekühlte Fluid den Verteiler 12 durch den Auslassanschluss 18.
Das thermische Bypassventil 21 steckt im Verteiler 12 und leitet mindestens einen Anteil des Fluids um den Wärmetauscher 10 herum, wenn die Fluidtemperatur unter einer Zieltemperatur liegt. Das thermische Bypassventil 21 umfasst eine Hülse 22, einen Ventilkörper 24 und eine Feder 26. Zunächst wird die Hülse 22 in den Verteiler 12 eingepresst, und anschließend werden der Einlassanschluss 20 und der Auslassanschluss 18 durch den Verteiler 12 in die Hülse 22 gesteckt. Der Einlassanschluss 20 und der Auslassanschluss 18 sichern die Hülse 22 innerhalb des Verteilers 12 und halten die Ausrichtung der Hülse 22 innerhalb des Verteilers 12 aufrecht. Die Hülse 22 kann innerhalb des Verteilers 12 hartverlötet oder in anderer Weise mechanisch nicht lösbar oder lösbar befestigt werden. Die Feder 26 und der Ventilkörper 24 werden in die Hülse 22 gesteckt und wirken in solcher Weise, dass das Fluid unterhalb einer Zieltemperatur durch den Wärmetauscher 10 strömt.
In 2 ist das innerhalb des Verteilers 12 montierte und im Bypassmodus wirkende Bypassventil 21 dargestellt. Die Feder 26 ist zwischen der Hülse 22 und dem Ventilkörper 24 vorgespannt. Eine Klammer 28, wie z. B. eine Federklammer, wird zum Festhalten des Ventilkörpers 24 und der Feder 26 innerhalb der Hülse 22 verwendet. Im Bypassmodus wird der Strömungsweg zwischen dem Einlassanschluss 20 und dem Auslassanschluss 18 durch die Hülse 22 gebildet. An sich ist der Fluidstrom durch die Kühlrohre 14 von Natur aus begrenzt, wenn der Fluidwiderstand durch die Kühlrohre 14 höher als der Fluidwiderstand durch die Hülse 22 zwischen dem Einlassanschluss 20 und dem Auslassanschluss 18 ist. Deshalb wird mindestens ein Anteil des Fluids und in dieser Ausgestaltung im Wesentlichen das gesamte Fluid vom Einlassanschluss 20 zum Auslassanschluss 18 umgeleitet, ohne die Kühlrohre 14 zu durchströmen.
In 3 ist das thermische Bypassventil 21 im Warmstrommodus dargestellt. Wenn die Temperatur des Fluids ansteigt, dehnt sich ein Wachsmotor im Ventilkörper 24 aus, drückt den Ventilkörper 24 gegen die Feder 26, bis eine Fläche des Ventilkörpers 24 mit einer Fläche der Hülse 22 kooperiert, sodass sich der Strömungsweg vom Einlassanschluss 20 zum Auslassanschluss 18 durch die Hülse 22 schließt. Wenn die Fluidtemperatur so weit ansteigt, dass die Verwendung des Wärmetauschers erforderlich ist, wird deshalb das heiße Fluid durch den Wärmetauscher geleitet, wo es beim Durchströmen der Kühlrohre 14 gekühlt wird. Das gekühlte Fluid strömt durch das Rückführrohr 27 zurück und für die Wiederverwendung aus dem Auslassanschluss 18 hinaus. Außerdem ist anzumerken, dass die Prallplatte 34 die Kühlrohre 14 vom Rückführrohr 27 abtrennt, sodass das Fluid vom Einlassanschluss 20 durch die Kühlrohre 14 zurück durch das Rückführrohr 27 strömen muss und danach aus dem Auslassanschluss 18 hinaus.
Außerdem ist anzumerken, dass die Ausrichtung des thermischen Bypassventils 21 gewährleistet, dass die Längserstreckung sowie die Bewegungsrichtung des Ventilkörpers 24 senkrecht zu den Kühlrohren 14 stehen. Durch das Ausrichten des Ventilkörpers 24 quer zu den Kühlrohren 14 wird eine sehr kompakte und fest integrierte Baugruppe gebildet, sodass nur das Minimum externen Raums, und zwar für das Verlegen der Schläuche hin zum und weg vom Wärmetauscher 10, benötigt wird.
Außerdem sind nach Entfernung der Klammer 28 der Ventilkörper 24 und die Feder 26 leicht zugänglich und aus der Hülse 22 entfernbar. Zudem bleibt die Hülse 22 in einer gleichbleibenden Ausrichtung sicher befestigt. Des Weiteren müssen keine Fluidverbindungen zum oder vom Wärmetauscher 10 unterbrochen werden.

Claims

Wärmeübertrager für ein Fahrzeug, umfassend: – einen Einlass- und einen Auslassanschluss; – ein mit dem Einlassanschluss in Fluidkommunikation stehendes Hauptrohr; – eine Vielzahl von mit dem Hauptrohr in Fluidkommunikation stehenden Kühlrohren; – ein thermisches Bypassventil, das im Verteiler angeordnet ist und einen zwischen einer ersten und einer zweiten Betriebsweise bewegbaren Ventilkörper umfasst, wobei der Ventilkörper in der ersten Betriebsweise konfiguriert ist, mindestens einen Anteil des Fluidstroms vom Einlassanschluss zum Auslassanschluss umzuleiten, ohne dass der mindestens eine Anteil des Fluidstroms die Kühlrohre passiert, wobei der Ventilkörper in der zweiten Betriebsweise in eine Stellung bewegt wird, in der der Fluidstrom vom Einlassanschluss zum Auslassanschluss durch die Kühlrohre geleitet wird.
Wärmeübertrager nach Anspruch 1, wobei der Ventilkörper in einer zu den Kühlrohren allgemein senkrechten Richtung bewegbar ist, sodass der Fluidstrom begrenzt wird.
Wärmeübertrager nach Anspruch 1 oder 2, wobei das thermische Bypassventil eine am Hauptrohr befestigte Hülse umfasst und der Ventilkörper innerhalb der Hülse angeordnet ist.
Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 3, außerdem ein entfernbares Rastelement umfassend, das den Ventilkörper innerhalb der Hülse festhält, sodass das Entfernen des Rastelements das ungehinderte Entfernen des Ventilkörpers aus der Hülse ermöglicht.
Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Rastelement eine Federklammer ist.
Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 5, außerdem ein zwischen den Kühlrohren und dem Verteiler in Fluidkommunikation stehendes Rückführrohr umfassend.
Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 6, außerdem eine im Hauptrohr zwischen den Kühlrohren und dem Rückführrohr angeordnete Prallplatte umfassend.
Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Ventilkörper in der ersten Betriebsweise unterhalb einer Zielfluidtemperatur und in der zweiten Betriebsweise oberhalb einer Zielfluidtemperatur wirkt.
Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Einlassanschluss in die Hülse hineinragt.