DE102006037640B4

DE102006037640B4 - Wärmetauscher für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102006037640B4
Application number: DE102006037640.4A
Authority: DE
Inventors: Dr.-Ing. Heckenberger Thomas; Dipl.-Ing. Holzbaur Thomas; Dr.-Ing. Willers Eike
Original assignee: Mahle International GmbH
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2006-08-10
Filing date: 2006-08-10
Publication date: 2020-08-27
Anticipated expiration: 2026-08-11
Also published as: WO2008017365A1; DE102006037640A1

Abstract

Wärmetauscher für ein Kraftfahrzeug, umfassendeinen Einlassbereich (14) zur Zuführung und einen Auslassbereich (6) zur Abführung eines Abgasstroms einer Wärmequelle,einen von dem Abgas durchströmbaren Tauscherbereich (1), wobei zumindest ein Tauscherkanal des Tauscherbereichs von einem Kühlmittel umströmbar und zum Wärmeaustausch von dem Abgasstrom durchströmbar ist,einen Bypasskanal (2), wobei das Abgas in dem Bypasskanal in einem gegenüber dem Tauscherkanal erheblich geringeren Wärmeaustausch mit dem Kühlmittel steht, undein in einem von beiden, Einlassbereich (14) oder Auslassbereich (6), angeordnetes Stellelement (5) zur Verteilung des Abgasstroms auf den Bypasskanal (2) und den Tauscherbereich (1), wobei das Stellelement (5) durch einen mit dem Kühlmittel in thermischem Kontakt stehenden Thermostat (8) mit einem beweglichen Stellglied (9) verstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass durch eine temperaturabhängige Bewegung des Stellglieds (9) des Thermostats ein Durchfluss des Kühlmittels durch den Tauscherbereich (1) einstellbar ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wärmetauscher für ein Kraftfahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
DE 102 03 003 A1 beschreibt einen Abgas-Wärmetauscher zur Kühlung eines zu einem Verbrennungsmotor rückgeführten Abgasstroms. Der Wärmetauscher umfasst ein Bündel von Tauscherrohren und einen Bypasskanal, in dem ein gegenüber den Tauscherkanälen erheblich verringerter Wärmeaustausch mit einem den Wärmetauscher durchströmenden Kühlmittel erfolgt. Mittels einer eingangsseitig drehbar gelagerten Stellklappe kann der Abgasstrom auf Tauscherrohre und Bypasskanal verteilt werden. Die Verstellung der Stellklappe erfolgt mittels einer Unterdruckdose, wobei die Unterdruckdose über Ventile und eine Steuerelektronik in Abhängigkeit von sensorisch ermittelten Steuerdaten angesteuert wird. Eine solche Ansteuerung der Stellklappe ist aufwendig, störanfällig und kostspielig.
Die DE 103 21 638 A1 , die DE 103 50 521 A1 , die DE 296 11 034 U1 offenbaren jeweils einen Abgaswärmetauscher mit einem Wärmetauscherbereich und mit einem Bypasskanal und mit einem Ventil. Die DE 297 22 813 U1 offenbart eine Abgasrückführeinrichtung für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges. Die DE 198 58 988 A1 offenbart eine Heizungsanlage für den Innenraum eines Fahrzeugs. Die DE 199 24 398 A1 offenbart eine flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine mit einem Abgaskühler. Die DE 10 2004 048 338 A1 offenbart eine Brennkraftmaschine mit einem Kühlkreislauf. Die DE 296 11 034 U1 offenbart einen Wärmeübertrager mit einem Bypassrohr und mit einem Ventil. Die WO 2004/001300 A1 offenbart ein wärmeerzeugendes Gerät mit einer Reaktionskammer.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen Wärmetauscher für ein Kraftfahrzeug anzugeben, bei dem die Verteilung eines Abgasstroms auf Tauscherkanäle und einen Bypasskanal auf zuverlässige und einfache Weise erfolgt.
Diese Aufgabe wird für einen eingangs genannten Wärmetauscher erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Durch die Verwendung eines Thermostats zur Verstellung des Stellelements in Abhängigkeit von einer Temperatur des Kühlmittels wird ein kostengünstiges und zuverlässiges Bauteil eingesetzt, wobei grundsätzlich eine Veränderung der Tauscherleistung mittels eines Stellelements in Abhängigkeit von der Kühlmitteltemperatur weitgehend unabhängig von einer Steuerelektronik realisiert ist. Neben niedrigen Kosten ist somit eine hohe Betriebssicherheit gegeben.
In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung wird der Abgasstrom bei einer hohen Temperatur des Kühlmittels durch das Stellelement vorrangig durch den Bypasskanal geleitet und bei einer niedrigen Temperatur vorrangig durch den Tauscherbereich geleitet. Bei einem derartig ausgelegten Wärmetauscher wird die Wärmeenergie des Abgasstroms verwendet, um das Kühlmittel aufzuheizen. Mögliche Anwendungen hierfür sind eine Ankopplung des Abgasstroms an eine Innenraumheizung des Fahrzeugs, ein schnelleres Hochfahren des Fahrzeugantriebs aus einem kalten Zustand auf Betriebstemperatur und Ähnliches. Anwendungen der Abgasrückführung von Verbrennungsmotoren sind bei dieser bevorzugten Ausführung regelmäßig nicht vorgesehen, da hier die Umleitung des Abgasstroms auf den Bypasskanal vorrangig bei niedrigen Kühlmitteltemperaturen (Kaltstart) erfolgt und eine Umleitung über die Tauscherkanäle bei warmem Kühlmittel (Abgasrückführung nur bei Betriebstemperatur).
Allgemein bevorzugt kann es sich bei der Wärmequelle um eine Brennstoffzelle handeln, insbesondere eine Solid Oxide Fuel Cell (SOFC). Bei dieser Art von Energielieferanten für Fahrzeugantriebe treten heiße Abgasströme auf, die bisher im Wesentlichen ungenutzt abgeführt werden. Durch den erfindungsgemäßen Wärmetauscher ist auf einfache und betriebssichere Weise eine Anbindung der Abwärme zum Beispiel einer SOFC an einen Kühlmittelkreis, beispielsweise den Kühlmittelkreis einer Fahrzeugheizung, ermöglicht. Alternativ oder ergänzend kann die Wärmequelle auch ein Verbrennungsmotor eines Fahrzeugs sein. Insbesondere vorteilhaft ist das Kühlmittel dann das Kühlmittel eines Hauptkühlkreislaufs des Verbrennungsmotors. Grundsätzlich ist unter dem Begriff der Wärmequelle im Sinne der Erfindung jede geeignete in einem Fahrzeug befindliche Wärmequelle gemeint, sofern Bedarf an einer Wärmekopplung zwischen der Wärmequelle und einem insbesondere flüssigen Kühlmittel des Fahrzeugs besteht.
Bei einer bevorzugten Ausführung wird der Abgasstrom nach dem Verlassen des Auslassbereichs nicht zu dem Verbrennungsmotor zurückgeführt. Bei einem solchen Einsatz des Wärmetauschers, besteht der Nutzeffekt vorrangig in einer Aufheizung des Kühlmittels und nicht einer Kühlung des Abgases, so dass hinsichtlich der Betriebssicherheit vereinfachte und ggf. kostengünstigere Bauformen eingesetzt werden können. Im Vergleich hierzu muss bei Wärmetauschern zur Abgasrückführung die Gefahr eines Kühlmitteleintritts in den Abgasstrom unter allen Umständen vermieden werden, weil dies regelmäßig die sofortige Zerstörung des Verbrennungsmotors nach sich zieht. Insbesondere hinsichtlich der Abdichtung von bewegten Teilen und anderer Schnittstellen zwischen Abgasstrom und Kühlmittelbereich bieten sich somit im Fall der Nicht-Rückführung des Abgases größere konstruktive Freiheiten.
Allgemein bevorzugt sind der Tauscherkanal und der Bypasskanal in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet. Dies ermöglicht eine insgesamt kompakte und kostengünstige Bauweise des Wärmetauschers. Besonders bevorzugt ist der Wärmetauscher grundsätzlich nach dem Konzept der Druckschrift DE 102 03 003 A1 aufgebaut. Dieses Grundkonzept betrifft die Bauweise von Bypasskanal und Tauscherrohren als nebeneinander angeordnete Elemente, die in einem gemeinsamen, von Kühlmittel durchströmten Gehäuse integriert sind sowie die an einer eingangsseitig des Gehäuses angeordnete, drehbar gelagerte Stellklappe. Bezüglich der Art und Funktion des Antriebs der Stellklappe weicht die vorliegende Erfindung von der benannten Druckschrift ab.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist der Thermostat an einem Gehäuse des Wärmetauschers angeordnet, wobei das Stellglied des Thermostats in einen Außenbereich geführt und vom Außenbereich über eine Durchführung mit dem Stellelement mechanisch verbunden ist. Auf diese Weise ist ein unmittelbarer Übergang eines beweglichen Teils von dem Kühlmittelbereich in den Abgasbereich vermieden. Insbesondere bei Einsatz des Wärmetauschers im Zuge einer Abgasrückführung zu einem Verbrennungsmotor ist so auf einfache Weise die Gefahr eines Wassereintritts in den Ansaugbereich des Verbrennungsmotors erheblich reduziert.
Allgemein vorteilhaft sind im Sinne eines schnellen Ansprechens des Wärmetauschers auf geänderte Temperaturen Teile des Thermostats von dem Kühlmittel umströmt. In bevorzugter Ausführung wird die Bewegung des Stellglieds des Thermostats dabei mittels einer elastischen, insbesondere metallischen, Membran kühlmitteldicht übertragen. Eine solche Membran, die z. B. auch als Well- oder Faltenbalg ausgebildet sein kann, übt im Wesentlichen die gleiche Funktion wie eine in einer Durchführung gleitgedichtete Stange aus, wobei die Zuverlässigkeit der Abdichtung insbesondere zwischen Kühlmittelbereich und Abgasbereich verbessert ist.
Erfindungsgemäß ist durch eine temperaturabhängige Bewegung des Stellglieds des Thermostats ein Durchfluss des Kühlmittels durch den Tauscherbereich einstellbar. Besonders vorteilhaft umfasst dabei das Stellglied einen linear beweglichen Ventilschieber, wobei ein Durchtrittsquerschnitt für das Kühlmittel in Abhängigkeit von einer Position des Ventilschiebers veränderlich ist. So kann das in dem Wärmetauscher vorhandene Kühlmittelvolumen je nach Betriebsbedingungen ohne Umwälzung aufgeheizt werden, was einen Wärmespeicher darstellt. Beispielsweise kann das Kühlmittel Bestandteil einer Fahrzeugheizung sein, welche durch das so geschaffene Wärmereservoir bei plötzlicher Anforderung einer Heizleistung eine erhöhte Wärmemenge zur Verfügung stellen kann. Die Ansteuerung des Kühlmitteldurchflusses und die Einstellung des Stellelements können je nach Anforderungen bezüglich einer Bewegung des Stellglieds verzögert zueinander erfolgen. Die Reihenfolge der Betätigung in Abhängigkeit vom Temperaturverlauf des Kühlmittels kann dabei von den jeweiligen Anforderungen abhängen. Allgemein kann eine solche verzögerte Betätigung auf einfache Weise durch einen zweistufigen Kolben des Stellglieds, einen verzögert betätigten Mitnehmer oder andere bekannte mechanische Lösungen erfolgen. Alternativ oder ergänzend kann der Durchfluss des Kühlmittels durch den Tauscherbereich auch mittels einer von dem Thermostat unabhängig steuerbaren Absperrung, insbesondere mittels eines zweiten Thermostats, einstellbar sein. Bei zumeist erhöhtem baulichen Aufwand bietet eine solche Lösung eine größere Flexibilität bei der separaten Steuerung von Abgasstrom und Kühlmittelfluss.
In einer kostengünstigen und zuverlässigen Ausführungsform umfasst der Thermostat ein Dehnstoffelement. Hierbei ist bevorzugt zwischen dem Dehnstoffelement und dem Kühlmittel eine durchgängig starre Wand vorgesehen. Insbesondere Dehnstoffelemente lassen sich bei zugleich großer Kontaktfläche zum schnellen Wärmeaustausch in einer geschlossenen Hülse kapseln. In beispielhafter Ausführung kann diese Hülse zugleich eine hermetische Trennung ohne Gleitdichtung zwischen dem Kühlmittelbereich und dem Außenbereich oder dem Abgasbereich darstellen, also ein gekapseltes Gehäuse innerhalb des vom Kühlmittel durchströmten Wärmetauschergehäuses. Grundsätzlich kann ein Thermostat im Sinne der Erfindung auch auf Basis von Bimetallelementen, Memorymetallen oder anderen bekannten Realisierungen von mechanischen Thermostaten aufgebaut sein.
Vorteilhaft ist es vorgesehen, dass der Thermostat eine elektrische Ansteuerung umfasst, wobei eine Regelcharakteristik des Thermostats durch die elektrische Ansteuerung veränderbar ist. Hierunter sind u. a. sogenannte Kennfeld-Thermostate zu verstehen, bei denen ein herkömmlicher, z. B. mit einem Wachs-Dehnstoffelement versehener mechanischer Thermostat eine zusätzliche elektrische Heizeinrichtung aufweist, mittels der gezielt Wärme in das Dehnstoffelement einbringbar ist. Hierdurch lässt sich der Ansprechpunkt und die Regelcharakteristik des Thermostats durch die zusätzliche lokale, elektrisch steuerbare Wärmequelle beeinflussen. Zum Beispiel kann hierdurch eine besonders frühzeitige Reaktion auf veränderte Betriebsbedingungen eines Verbrennungsmotors, beispielsweise schnelle Freigabe von Kühlmittel aufgrund plötzlichem Volllastbetrieb, erzielt werden, wogegen die thermische Reaktion des Kühlmittels erst deutlich später erfolgen würde.
In einer einfachen und kostengünstigen Bauform umfasst das Stellelement bevorzugt eine drehbar gelagerte Stellklappe.
Zur Sicherstellung einer zuverlässigen Funktion ist die Verstellung des Stellelements in zumindest einer Richtung durch eine Feder kraftbeaufschlagt. Hierdurch ist insbesondere dem Umstand Rechnung getragen, dass Thermostate bauartbedingt zumeist in einer Bewegungsrichtung eine größere Kraft aufbringen können als in der anderen Bewegungsrichtung. Dies gilt insbesondere für Thermostate mit Dehnstoffelement, bei denen in Ausdehnungsrichtung des Dehnstoffs regelmäßig eine größere Kraft ausübbar ist als in der Gegenrichtung, in der die Kraft durch einen Außendruck begrenzt ist.
Bei einer einfachen, raumsparenden und kostengünstigen Bauweise eines Wärmetauschers sind der zumindest eine Tauscherkanal und der Bypasskanal in einem gemeinsamen, von dem Kühlmittel durchströmbaren Gehäuse angeordnet, wobei Bypasskanal und Tauscherkanal endseitig in gemeinsamen, das Gehäuse begrenzenden Kopfstücken aufgenommen sind. Zu einer solchen Bauweise wird beispielhaft auf die bereits genannte DE 102 03 003 A1 verwiesen.
Weitere Vorteile und Merkmale eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers ergeben sich aus den nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie aus den abhängigen Ansprüchen.
Nachfolgend werden mehrere bevorzugte Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers beschrieben und anhand der anliegenden Zeichnungen näher erläutert.

1 zeigt eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers.
2 zeigt eine zweite Ausführungsform eines Wärmetauschers mit zwei Thermostaten.
3 zeigt eine dritte Ausführungsform eines Wärmetauschers.
4 zeigt eine vierte Ausführungsform eines Wärmetauschers.
5 zeigt eine fünfte Ausführungsform eines Wärmetauschers in einer Draufsicht von der Seite.
6 zeigt den Wärmetauscher aus 5 in einer Draufsicht von oben.
7 zeigt eine sechste Ausführungsform eines Wärmetauschers.
8 zeigt eine siebte Ausführungsform eines Wärmetauschers.

Ein erfindungsgemäßer Wärmetauscher umfasst einen Tauscherbereich 1, in dem zumindest ein, regelmäßig jedoch eine Mehrzahl von Tauscherkanälen zur Durchleitung eines Abgasstroms angeordnet ist. Parallel zu den Tauscherkanälen ist ein Bypasskanal 2 angeordnet, wobei der Abgasstrom, der in 1 bis 4 durch breite Pfeile symbolisiert ist, sowohl durch den Bypasskanal 2 als auch durch die Tauscherkanäle 1 strömen kann. Zumindest die Tauscherkanäle 1 sind von einem flüssigen Kühlmittel umströmt, das über einen Einlass 3 in ein Gehäuse des Wärmetauschers einfließt und über einen Auslass 4 aus dem Gehäuse austritt.
Ein Stellelement 5 ist in einem vorliegend auslassseitigen Bereich 6 des Abgasstroms angeordnet und als über eine Drehwelle 7 drehbar gelagerte Stellklappe ausgebildet. Ein Thermostat 8 ist an dem Gehäuse des Wärmetauschers angeordnet und steht in thermischem Austausch mit dem Kühlmittel. Ein Stellglied 9 des Thermostats 8 ist über einen Hebel 10 mechanisch mit der Drehwelle 7 der Stellklappe 5 verbunden, so dass eine durch das Thermostat 8 bewirkte Bewegung des Stellglieds 9 eine Verstellung des Stellelements 5 bewirkt. Je nach Stellung des Stellelements 5 wird der Abgasstrom vorrangig durch die Tauscherkanäle oder vorrangig durch den Bypasskanal 2 geleitet. In der in 1 dargestellten Stellung wird der Abgasstrom ausschließlich durch den Bypasskanal 2 geleitet. Es versteht sich, dass das Stellelement 5 auch in einem Einlassbereich des Wärmetauschers angeordnet sein kann.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel führt eine Erwärmung des Kühlmittels zu einer Ausdehnung eines nicht dargestellten Dehnstoffelements in dem Thermostat 8, wodurch das stangenartige Stellglied 9 aus dem Thermostat 8 herausgeschoben wird. Eine Erwärmung des Kühlmittels führt somit zu einer Verstellung des Stellelements 5 im Uhrzeigersinn gemäß 1 und somit zu einer Durchleitung des Abgasstroms durch den Tauscherbereich 1 und die nicht im einzelnen dargestellten Tauscherkanäle. Bei vollständiger Verstellung der Stellklappe strömt der Abgasstroms nur noch durch die Tauscherkanäle. Bei dieser Funktionalität kann der Wärmetauscher nach 1 z. B. als Abgaskühler für eine Abgasrückführung eines Verbrennungsmotors eingesetzt werden. Bei derartigen Abgaskühlern wird der Bypasskanal zum Beispiel genutzt, um beim Kaltstart des Verbrennungsmotors eine übermäßige Kondensation des Abgases zu vermeiden, wobei eine Abgasrückführung häufig erst bei warmem Motor erfolgt. Durch entsprechend umgekehrte mechanische Anbindung des Thermostats 8 an das Stellelement 5 würde der Abgasstrom bei erwärmtem Kühlmittel vorrangig durch den Bypasskanal geleitet werden. Hierdurch wird ein Wärmetauscher bereitgestellt, der das vorrangig im kalten Zustand mittels der Wärme des Abgasstroms aufheizt. Eine solche Anordnung nutzt eine Wärmequelle des Fahrzeugs zur gezielten Aufheizung eines Kühlmittels, beispielsweise einer Heizungsanlage des Fahrzeugs.
2 zeigt als zweites Ausführungsbeispiel eine Abwandlung des Wärmetauschers aus 1, bei der ein zweiter Thermostat 11 im Bereich des Kühlmittelaustritts 4 angeordnet ist, durch welchen ein Absperrschieber 12 in Abhängigkeit von der Temperatur des Kühlmittels betätigbar ist. Je nach Stellung des zweiten Thermostats 11 kann der Kühlmittelfluss durch den Tauscherbereich 1 somit unterbunden oder ganz oder teilweise freigegeben werden. Der Absperrschieber 12 ist mit einer Feder 12a versehen. Hierdurch ist zugleich ein Überdruckventil im Bereich der Absperrung realisiert, so dass ein unkontrolliertes Sieden des Kühlmittels oder ein übermäßiger Druckanstieg vermieden wird. Bei der Anordnung zweier Thermostate gemäß 2 ist es auf besonders einfache Weise ermöglicht, die Verstellung des Stellelements 5 und die Verstellung des Absperrschiebers 12 bezüglich des Temperaturverlaufs verzögert zueinander auszulegen, wobei je nach Anforderungen eine Öffnungsreihenfolge beliebig sein kann.
Bei dem dritten Ausführungsbeispiel gemäß 3 ist im Unterschied zu dem zweiten Ausführungsbeispiel ein Absperrschieber 12 mit einem Federmittel 12a ebenso wie das Stellelement 5 an nur einen einzigen Thermostat 8 angebunden. Auch hier ist grundsätzlich ein verzögertes Verstellen von Stellelement 5 und Absperrschieber 12 möglich, was in 3 durch die Ausformung des Stellglieds 9 als Doppelkolben schematisch dargestellt ist.
In dem vierten Ausführungsbeispiel nach 4 ist an dem Stellelement 5 eine dieses in eine Richtung vorspannende Feder 5a angeordnet, wodurch eine sichere Betätigung des Stellelements in beiden Richtungen gewährleistet ist. Hierdurch wird dem Umstand Rechnung getragen, dass insbesondere Thermostate mit einem Dehnstoffelement in der einen Betätigungsrichtung eine größere Kraft aufbringen können als in der anderen Betätigungsrichtung.
5 und 6 zeigen eine fünfte Ausführungsform, bei der der Thermostat 8 in einem eigenen Zusatzgehäuse 13a seitlich an dem Gehäuse 13 des Wärmetauschers angeordnet ist, wobei der Thermostat 8 in ausreichender Weise von dem Kühlmittel umströmt wird. Im Fall des fünften Ausführungsbeispiels ist das Stellelement 5 in einem Einlassbereich 14 des Wärmetauschers angeordnet.
Das Stellglied 9 des Thermostats 8 ist durch eine Wand des Gehäuses 13a gleitgedichtet nach außen geführt, wobei die Gleitdichtung nicht mit dem Kühlmittel in Berührung ist. Hierzu ist ein Dehnstoffelement des Thermostats samt dem Stellglied 9 in einer Hülse aufgenommen, die innenseitig kühlmitteldicht an dem Thermostatgehäuse 13a festgelegt ist. Das Stellglied 9 führt zunächst in den Außenraum, wobei die über den Hebel 10 angetriebene Drehwelle 7 durch eine Wand in den abgasbeströmten Einlassbereich 14 durchgeführt ist.
Der Wärmetauscher nach 5 und 6 ist in detaillierterer Konstruktion insbesondere ein Wärmetauscher, der seiner Bauart nach in der Druckschrift DE 102 03 003 A beschrieben ist, wobei an Stelle einer dort z. B. in 5a gezeigten Druckdose 65 ein gemäß 5 und 6 angeordneter Thermostat 8 vorgesehen ist. Bei einem solchen Wärmetauscher sind eine Mehrzahl von schmalen, als Flachrohre ausgebildeten Tauscherkanälen sowie ein Bypasskanal von größerem Querschnitt gemeinsam in endseitigen Kopfstücken verschweißt. Die Kopfstücke nehmen zwischen ihnen eine Gehäusewandung mit Anschlüssen für das Kühlmittel auf. Auf eines der Kopfstücke ist der Auslassbereich aufgeschweißt und auf das andere Kopfstück der Einlassbereich mit der drehbar gelagerten Stellklappe.
Bei der sechsten Ausführungsform nach 7 handelt es sich bei dem Thermostat 8 im Unterschied zu der Ausführung nach 5 um einen sogenannten Kennfeld-Thermostat. Dieser weist ein zusätzliches elektrisches Heizmittel 16 auf, welches über Kontaktdrähte mit einer Steuerelektronik verbunden ist. Durch das elektrische Heizmittel 16 wird ein Dehnstoffelement des Thermostats 8 in Überlagerung mit der Temperatur des Kühlmittels beeinflusst, so dass die Regelcharakteristik des Thermostats 8 je nach Betriebsbedingungen und Anforderungen gezielt veränderbar ist.
Bei der Ausführungsform nach 8 ist das Stellglied 9 des Thermostats 8 mit einem Ventilschieber 17 versehen. Der Kühlmittelfluss verläuft hier von einem Eintritt 3 an dem Gehäuse 13 durch den Tauscherbereich zu einem Durchtritt 18 von dem Tauscherbereich in das Gehäuse 13a des Thermostats 8. Der Kühlmittelaustritt 4 des Wärmetauschers ist ebenfalls an dem Gehäuse 13a des Thermostats 8 angeordnet, so dass der Kühlmittelstrom den Ventilschieber 17 passieren muss. Je nach Stellung des Ventilschiebers 17 gegenüber einem in dem Gehäuse 13a angeordneten Ventilsitz 19 wird der Kühlmittelfluss durch den Wärmetauscher somit geregelt. Je nach Anforderungen ist der Durchgang für das Kühlmittel auch vollständig verschließbar.
Es versteht sich, dass die besonderen Merkmale der unterschiedlichen Ausführungsformen je nach Anforderungen sinnvoll kombinierbar sind.

Claims

Wärmetauscher für ein Kraftfahrzeug, umfassend einen Einlassbereich (14) zur Zuführung und einen Auslassbereich (6) zur Abführung eines Abgasstroms einer Wärmequelle, einen von dem Abgas durchströmbaren Tauscherbereich (1), wobei zumindest ein Tauscherkanal des Tauscherbereichs von einem Kühlmittel umströmbar und zum Wärmeaustausch von dem Abgasstrom durchströmbar ist, einen Bypasskanal (2), wobei das Abgas in dem Bypasskanal in einem gegenüber dem Tauscherkanal erheblich geringeren Wärmeaustausch mit dem Kühlmittel steht, und ein in einem von beiden, Einlassbereich (14) oder Auslassbereich (6), angeordnetes Stellelement (5) zur Verteilung des Abgasstroms auf den Bypasskanal (2) und den Tauscherbereich (1), wobei das Stellelement (5) durch einen mit dem Kühlmittel in thermischem Kontakt stehenden Thermostat (8) mit einem beweglichen Stellglied (9) verstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass durch eine temperaturabhängige Bewegung des Stellglieds (9) des Thermostats ein Durchfluss des Kühlmittels durch den Tauscherbereich (1) einstellbar ist.
Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgasstrom bei einer hohen Temperatur des Kühlmittels durch das Stellelement (5) vorrangig in den Bypasskanal (2) geleitet wird und bei einer niedrigen Temperatur vorrangig in den Tauscherbereich (1) geleitet wird.
Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmequelle eine Brennstoffzelle, insbesondere eine Solid Oxide Fuel Cell (SOFC) ist.
Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmequelle ein Verbrennungsmotor ist.
Wärmetauscher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgasstrom nach dem Verlassen des Auslassbereichs (6) nicht zu dem Verbrennungsmotor zurückgeführt wird.
Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Tauscherkanal (1) und der Bypasskanal (2) in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind.
Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Thermostat (8) an einem Gehäuse (13) des Wärmetauschers angeordnet ist, wobei das Stellglied (9) des Thermostats in einen Außenbereich geführt und vom Außenbereich über eine Durchführung mit dem Stellelement (5) mechanisch verbunden ist.
Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Teile des Thermostats (8) von dem Kühlmittel umströmt sind.
Wärmetauscher nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegung des Stellglieds (9) des Thermostats mittels einer elastischen, insbesondere metallischen Membran kühlmitteldicht übertragen wird.
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellglied (9) einen linear beweglichen Ventilschieber (17) umfasst, wobei ein Durchtrittsquerschnitt für das Kühlmittel in Abhängigkeit von einer Position des Ventilschiebers (17) veränderlich ist.
Wärmetauscher nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellung des Kühlmitteldurchflusses und die Bewegung des Stellelements (5) bezüglich einer Bewegung des Stellglieds (9) zueinander verzögert erfolgen.
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Durchfluss des Kühlmittels durch den Tauscherbereich (1) mittels einer von dem Thermostat (8) unabhängig steuerbaren Absperrung (12), insbesondere mittels eines zweiten Thermostats (11), einstellbar ist.
Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Thermostat (8) ein Dehnstoffelement umfasst.
Wärmetauscher nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Dehnstoffelement und dem Kühlmittel eine durchgängig starre Wand vorgesehen ist.
Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Thermostat (8) eine elektrische Ansteuerung (16) umfasst, wobei eine Regelcharakteristik des Thermostats (8) durch die elektrische Ansteuerung (16) veränderbar ist.
Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellelement (5) eine drehbar gelagerte Stellklappe umfasst.
Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstellung des Stellelements (5) in zumindest einer Richtung durch eine Feder (5a) kraftbeaufschlagt ist
Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bypasskanal (2) und der zumindest eine Tauscherkanal in einem gemeinsamen, von dem Kühlmittel durchströmbaren Gehäuse (13) angeordnet sind, wobei Bypasskanal (2) und Tauscherkanal endseitig in gemeinsamen, das Gehäuse (13) begrenzenden Kopfstücken aufgenommen sind.