DE10392610B4 - Verbesserter Wärmeübertrager - Google Patents

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Abstract

Wärmeübertrager (10,400,402), der Folgendes umfasst:einen ersten Endbehälter (12,420,514,554);einen zweiten Endbehälter gegenüber dem ersten Endbehälter;mehrere erste Rohre (408), die mit dem ersten und dem zweiten Endbehälter in Strömungsverbindung stehen, wobei die mehreren ersten Rohre (408) so ausgeführt sind, dass ein Fluidstrom durch sie hindurch verläuft, und mit einem ersten Endrohr (404), das ein Ende (412) des Wärmeübertragers (400, 402) definiert;mehrere zweite Rohre (408), die mit dem ersten und dem zweiten Endbehälter in Strömungsverbindung stehen, wobei die mehreren zweiten Rohre (408) so ausgeführt sind, dass ein Fluidstrom durch sie hindurch verläuft, und mit einem zweiten Endrohr (404), das ein Ende (414) des Wärmeübertragers (400, 402) definiert;wobei die mehreren ersten und zweiten Rohre (28, 30) mehrere gekrümmte Ränder (54) aufweisen;mehrere Rippen (34), die zwischen den ersten und den zweiten Rohren (408) angeordnet sind, wobei die ersten und die zweiten Rohre (408) und die Rippen allgemein koplanar bezüglich einander sind und wobei die mehreren Rippen (34) mehrere Vorsprünge (56) gegenüber den mehreren gekrümmten Rändern (54) der Rohre (28, 30) aufweisen, die während der Montage für Stabilität der Rohre (28, 30) bezüglich der Rippen (34) sorgen; undwobei das erste und/oder zweite Endrohr (404) an den Endbehältern befestigt und vom Fluidstrom abgegrenzt ist.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein einen Wärmeübertrager und ein Verfahren zur Herstellung des Wärmeübertragers und insbesondere einen Mehrfluid-Wärmeübertrager.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Es ist immer mehr erwünscht, dass Wärmeübertrager eine effiziente Wärmeübertragung aufweisen, während ihre Herstellung relativ einfach bleibt. Insbesondere in der Kraftfahrzeugindustrie ist es immer mehr erforderlich, mehrere Funktionen in einer einzigen Wärmeübertrageranordnung zu kombinieren. Insbesondere hat der Bedarf nach einer Reduzierung der Anzahl von Gesamtkomponenten und einer Optimierung des Anordnungswirkungsgrads den Bedarf nach verbesserten Wärmeübertragervorrichtungen angetrieben, die zunehmend effiziente Ausführungen und mehrere Funktionen in Blöcken kombinieren, die bisher unter Verwendung mehrerer getrennter Komponenten oder Vorrichtungen mit ineffizienten Ausführungen erreichbar waren. Insbesondere besteht ein zunehmender Bedarf nach einer verbesserten Wärmeübertragervorrichtung, insbesondere für Kraftfahrzeug-Motorraumanwendungen, die mehrere Funktionen in einer einzigen Anordnung kombiniert, die sich effizient herstellen und betreiben lässt und im Wesentlichen den gleichen oder weniger Raum einnimmt als bestehende Wärmeübertragervorrichtungen.
  • Die JP S61-202 084 A zeigt einen Wärmetauscher mit gegenüberliegenden Endbehältern, mehreren ersten Rohren, die mit zwei gegenüberliegenden Endbehältern in Strömungsverbindung stehen, wobei die ersten Rohre so ausgeführt sind, dass ein erster Fluidstrom durch sie hindurch verläuft; mehreren zweiten Rohren, die mit zwei weiteren gegenüberliegenden Endbehältern in Strömungsverbindung stehen, wobei die zweiten Rohre so ausgeführt sind, dass ein zweites Fluid, das sich von dem ersten Fluid unterscheidet, durch sie hindurch strömen kann; und mehreren Rippen, die zwischen den ersten und den zweiten Rohren angeordnet sind, wobei die ersten und die zweiten Rohre und die Rippen allgemein koplanar bezüglich einander sind.
  • In der DE 197 37 273 A1 ist ein Wärmetauscher beschrieben, mit zwei Sammelrohren für ein erstes Fluid, die durch parallel nebeneinander verlaufende Flachrohre kommunizierend miteinander verbunden sind. Ferner umfasst der Wärmetauscher zwei Seitenteile, welche neben dem jeweils äußersten Flachrohr, parallel dazu verlaufend angeordnet sind, wobei die Seitenteile im Querschnitt verschiedene Profile aufweisen können und an ihren axialen Enden nicht mit den Sammelrohren verbunden sind.
  • Die FR 2 786 259 B1 , die den nächstkommenden Stand der Technik darstellt, zeigt einen Wärmeübertrager, der einen ersten Endbehälter; einen zweiten Endbehälter gegenüber dem ersten Endbehälter, mehrere erste Rohre, die mit dem ersten und dem zweiten Endbehälter in Strömungsverbindung stehen, wobei die mehreren ersten Rohre so ausgeführt sind, dass ein Fluidstrom durch sie hindurch verläuft, und mit einem ersten Endrohr, das ein Ende des Wärmeübertragers definiert, und mehrere zweite Rohre umfasst, die mit dem ersten und dem zweiten Endbehälter in Strömungsverbindung stehen, wobei die mehreren zweiten Rohre so ausgeführt sind, dass ein Fluidstrom durch sie hindurch verläuft, und mit einem zweiten Endrohr, das ein Ende des Wärmeübertragers definiert; mehrere Rippen, die zwischen den ersten und den zweiten Rohren angeordnet sind, wobei die ersten und die zweiten Rohre und die Rippen allgemein koplanar bezüglich einander sind, wobei das erste und/oder zweite Endrohr an den Endbehältern befestigt und vom Fluidstrom abgegrenzt ist.
  • Schließlich ist aus der US 5 575 329 A ein weiterer Wärmeübertrager bekannt.
  • Insbesondere unter extremen Betriebsbedingungen, und wenn ein Mehrfluid-Wärmeübertrager eingesetzt werden soll, ist es auch reizvoll, wenn der Wärmeaustausch zwischen den verschiedenen Fluiden gezielt verwaltet werden kann, und zwar insbesondere, wenn die durch den Wärmeübertrager geleiteten verschiedenen Fluide stark verschiedene Strömungseigenschaften besitzen.
  • KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung erfüllt die obigen Anforderungen durch Bereitstellung eines verbesserten Wärmeübertragers nach Anspruch 1.
  • Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager mit einem ersten Endbehälter; einem zweiten Endbehälter gegenüber dem ersten Endbehälter; mehreren ersten extrudierten Metallrohren, die mit dem ersten und dem zweiten Endbehälter in Strömungsverbindung stehen und so ausgeführt sind, dass ein erster Fluidstrom durch sie hindurch verläuft; mehreren zweiten extrudierten Metallrohren, die mit dem ersten und dem zweiten Endbehälter in Strömungsverbindung stehen und so ausgeführt sind, dass ein zweites Fluid, das sich vom ersten Fluid unterscheidet, durch sie hindurch strömt; und mehreren zwischen den ersten und den zweiten Rohren angeordneten Rippen, wobei die ersten und die zweiten Rohre und die Rippen allgemein koplanar bezüglich einander sind; wobei mindestens eines der ersten oder zweiten extrudierten Metallrohre eine Innenwandkonstruktion mit einem Teiler enthält, der zum Unterteilen des Rohrs in mehrere Durchgänge im Rohr ausgeführt ist.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein verbesserter Wärmeübertrager mit einem ersten Endbehälter; einem zweiten Endbehälter gegenüber dem ersten Endbehälter; mehreren ersten Rohren, die mit dem ersten und dem zweiten Endbehälter in Strömungsverbindung stehen und so ausgeführt sind, dass ein erster Fluidstrom durch sie hindurch verläuft, und mit einem ersten Endrohr, das ein Ende des Wärmeübertragers definiert; mehreren zweiten Rohren, die mit dem ersten und dem zweiten Endbehälter in Strömungsverbindung stehen und so ausgeführt sind, dass ein zweites Fluid durch sie hindurch strömt, und mit einem zweiten Endrohr, das ein Ende des Wärmeübertragers definiert; und mehreren zwischen den ersten und den zweiten Rohren angeordneten Rippen, wobei die ersten und die zweiten Rohre und die Rippen allgemein koplanar bezüglich einander sind; wobei der Wärmeübertrager nicht mehr als eine Endplatte enthält, vorgesehen.
  • Gemäß noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Wärmeübertrager mit mindestens einem Endbehälter, der durch eine Prallfläche in einen ersten Teil und einen zweiten Teil unterteilt ist; mehreren ersten Rohren mit mehreren gekrümmten Rändern, die mit dem ersten Teil des Endbehälters in Strömungsverbindung stehen und so ausgeführt sind, dass ein erster Fluidstrom durch sie hindurch verläuft; mehreren zweiten Rohren mit jeweils mehreren gekrümmten Rändern, die mit dem zweiten Teil des Endbehälters in Strömungsverbindung stehen und so ausgeführt sind, dass ein zweiter Fluidstrom durch sie hindurch verläuft; und mehreren zwischen den ersten und den zweiten Rohren angeordneten Rippen, die mehrere Vorsprünge aufweisen, die den mehreren gekrümmten Rändern der Rohre gegenüberliegen und während der Montage für Stabilität der Rohre bezüglich der Rippen sorgen, vorgesehen.
  • Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform sieht die vorliegende Erfindung einen Wärmeübertrager für ein Kraftfahrzeug vor, der mindestens einen Endbehälter und mindestens zwei Wärmeübertrager, die mehrere beabstandete extrudierte Metallrohre mit Rippen zwischen den beabstandeten Rohren enthalten, umfasst; wobei die Wärmeübertrager so angeordnet sind, dass ihre jeweiligen Rohre und Rippen allgemein koplanar miteinander und mit dem Endbehälter verbunden sind; und die Wärmeübertrager aus der Gruppe, bestehend aus einem Getriebeöl-Wärmeübertrager, Servolenkungsölwärmeübertrager, einem Kondensator oder Kombinationen davon, ausgewählt sind.
  • Gemäß einer anderen stark bevorzugten Ausführungsform liegt ein Verhältnis der Länge zum hydraulischen Durchmesser der Wärmeübertragerrohre in mindestens einem der Wärmeübertrager zwischen ca. 80 und ca. 1820 und besonders bevorzugt ca. 300 und ca. 700. Die Länge von Rohren kann beispielsweise zwischen ca. 200 bis ca. 1000 liegen, und der hydraulische Durchmesser liegt zwischen ca. 0,55 bis ca. 2,50 mm.
  • Gemäß noch einer anderen bevorzugten Ausführungsform betrifft die Erfindung eine verbesserte Wärmeübertrageranordnung mit einem ersten Wärmeübertrager; einem zweiten Wärmeübertrager in allgemein koplanarer Beziehung zum ersten Wärmeübertrager; mindestens einem Endbehälter, der in einen Einlassteil und einen Auslassteil für den ersten Wärmeübertrager unterteilt und in Strömungsverbindung mit sowohl dem ersten Wärmeübertrager als auch dem zweiten Wärmeübertrager angeordnet ist; einem mit dem Einlassteil des ersten Endbehälters in Strömungsverbindung stehenden Einlass; einem mit dem Auslassteil des ersten Endbehälters in Strömungsverbindung stehenden Auslass; mehreren Wärmeübertragerrohren, die zum Fluidstrom dadurch in einem ersten Strömungskreislauf ausgeführt sind, wobei mindestens eines der mehreren Rohre mit dem Einlassteil und mindestens ein anderes der mehreren Rohre mit dem Auslassteil in Strömungsverbindung steht; und einem Umgehungselement, das außerhalb des Endbehälters angeordnet und dazu ausgeführt ist, einen Durchgang an einer Zwischenstelle im ersten Strömungskreislauf bereitzustellen, der dazu ausgeführt ist, bei relativ niedrigen Betriebstemperaturen ein Fluid im ersten Strömungskreislauf abzufangen und umzuleiten, so dass es nicht durch den ganzen ersten Strömungskreislauf strömt.
  • Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform befindet sich das Umgehungselement außerhalb des Endbehälters und ist besonders dazu ausgeführt, einen Durchgang an einer Zwischenstelle im ersten Strömungskreislauf bereitzustellen, der dazu ausgeführt ist, bei relativ niedrigen Betriebstemperaturen einen ersten Druckgradienten zu erzeugen und ein Fluid im ersten Strömungskreislauf abzufangen und umzuleiten, so dass es nicht durch den ganzen ersten Strömungskreislauf strömt. Somit enthält eine bevorzugte Konstruktion für ein Umgehungselement hier einen ersten Durchgang, der Teil des Einlasses ist, einen zweiten Durchgang, der Teil des Auslasses ist, und einen dritten Durchgang, der den ersten Durchgang und den zweiten Durchgang miteinander verbindet.
  • Figurenliste
  • Die Merkmale und erfindungsgemäßen Aspekte der vorliegenden Erfindung gehen bei Lektüre der folgenden ausführlichen Beschreibung, der Ansprüche und der Zeichnungen deutlicher hervor; es folgt eine Kurzbeschreibung der Zeichnungen:
    • 1 ist ein Aufriss eines beispielhaften Wärmeübertragers gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung;
    • 2 zeigt Schnittansichten alternativer Ausführungsformen einer Rohr- und Rippenanordnung;
    • 3(A)-3(G) sind Schnittansichten alternativer Ausführungsformen der Rohre, die sich zur Verwendung im Wärmeübertrager der vorliegenden Erfindung eignen;
    • 3(H) ist eine graphische Darstellung mit Wärmeübertragung, hydraulischem Durchmesser und Druckabfall für ein Rohr und einen Wärmeübertrager;
    • 4 ist ein Aufriss eines anderen beispielhaften Wärmeübertragers gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung;
    • 5 ist ein Aufriss eines anderen beispielhaften Wärmeübertragers gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung;
    • 6 ist ein Aufriss eines anderen beispielhaften Wärmeübertragers gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung; und
    • 7 ist ein Aufriss eines anderen beispielhaften Wärmeübertragers gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung;
    • 8(A) ist eine Schnittansicht eines Teils eines beispielhaften Wärmeübertragers gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung mit einer Umgehung;
    • 8(B) ist eine Schnittansicht eines beispielhaften Umgehungselements für einen Wärmeübertrager gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung;
    • 9(A) ist eine perspektivische Ansicht eines beispielhaften Umgehungselements, das an einem Endbehälter eines Wärmeübertragers gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung befestigt ist;
    • 9(B) ist eine als Schnitt ausgeführte Seitenansicht des beispielhaften Umgehungselements von 9(A); und
    • 10(A)-10(C) zeigen eine als Schnitt ausgeführte Seitenansicht, eine als Schnitt ausgeführte Draufsicht bzw. eine Vorderansicht eines anderen beispielhaften Umgehungselements gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung;
    • 11(A)-11(C) zeigen eine Vorderansicht bzw. ein Paar als Schnitt ausgeführte Seitenansichten eines anderen beispielhaften Umgehungselements gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung;
    • 12(A) ist ein Aufriss eines anderen beispielhaften Wärmeübertragers gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung;
    • 12(B) ist ein Aufriss eines anderen beispielhaften Wärmeübertragers gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung;
    • 13 ist ein Aufriss eines anderen beispielhaften Wärmeübertragers gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung; und
    • 14(A)-14(B) sind als Schnitt ausgeführte Seitenansichten einer beispielhaften Umgehung, die an einem Wärmeübertrager gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung befestigt ist.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
  • Allgemein betrifft die vorliegende Erfindung einen Wärmeübertrager und ein Verfahren zur Herstellung des Wärmeübertragers. Der Wärmeübertrager kann ein Einfluid-Wärmeübertrager oder ein Mehrfluid-Wärmeübertrager (mit zum Beispiel 2, 3 oder 4 Fluiden) sein. Der Wärmeübertrager kann weiterhin ein einzügiger oder ein mehrzügiger Wärmeübertrager sein. Obgleich der Wärmeübertrager gemäß der vorliegenden Erfindung für die verschiedensten Fertigungsartikel (zum Beispiel Klimaanlagen, Kühlvorrichtungen oder dergleichen) verwendet werden kann, hat sich der Wärmeübertrager als besonders vorteilhaft zur Verwendung in Kraftfahrzeugen herausgestellt. Zum Beispiel kann der Wärmeübertrager zur Wärmeübertragung eines oder mehrerer verschiedener Fluide in einem Fahrzeug, wie zum Beispiel Luft, Öl, Getriebeöl, Servolenkungsöl, Kühlfluid, Kältemittel, Kombinationen davon oder dergleichen, verwendet werden. Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird zum Beispiel ein Mehrfluid-Wärmeübertrager vorgesehen, der einen Kondensator in Kombination mit einem Ölkühler, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einem Servolenkungsölkühler, einem Getriebeölkühler und einer Kombination davon, enthält.
  • Gemäß einem bevorzugten Aspekt der Erfindung stellt der Wärmeübertrager einen verbesserten Mehrfluid-Wärmeübertrager mit Merkmalen bereit, die eine leichte Montage des Wärmeübertragers gestatten, und der insbesondere eine verbesserte Rohr- und Rippenanordnungskonstruktion und ein entsprechendes Verfahren bereitstellt, wobei die Rippenränder insbesondere zur Verbesserung des Anordnungswirkungsgrads konfiguriert sind. Gemäß einem anderen bevorzugten Aspekt ist der Wärmeübertrager hinsichtlich seiner Leistung durch sorgfältige Auswahl solcher Designkriterien wie hydraulischer Durchmesser, Rohrkonfiguration oder eine Kombination davon optimiert. Gemäß noch einem anderen bevorzugten Aspekt enthält der Wärmeübertrager verbesserte Schutzmerkmale, einschließlich Endplatten, Endrohren oder dergleichen.
  • Der Wärmeübertrager kann an den verschiedensten Stellen bezüglich des Fertigungsartikels, an dem der Wärmeübertrager angebracht wird, installiert werden. Bei einem Kraftfahrzeug befindet sich der Wärmeübertrager vorzugsweise im Motorraum des Fahrzeugs. Gemäß einer stark bevorzugten Ausführungsform kann der Wärmeübertrager an einem Kühler des Fahrzeugs befestigt sein.
  • Beispielhafte Verfahren und Anordnungen zur Befestigung eines Wärmeübertragers an einem Kühler werden in der US 6 158 500 A und der gleichzeitig anhängigen US Provisional Patent Application mit der Ifd. Nr. 60/355,903 und dem Titel „A Method and Assembly for Attaching Heat Exchangers“, eingereicht am 11.2.2002, offenbart, auf die beide hiermit für alle Zwecke ausdrücklich Bezug genommen wird.
  • Gemäß einem Aspekt der Erfindung umfasst der Wärmeübertrager mehrere Komponenten, die durch geeignete Verbindungstechniken zusammengefügt sind. Bei einer bevorzugten Ausführungsform können eine oder mehrere der Komponenten des Wärmeübertragers, wie zum Beispiel die Prallflächen, die Endbehälter, die Rohre, Rippen, die Einlässe, die Auslässe, eine Umgehung oder Kombinationen davon, unter Verwendung von Löttechniken aneinander befestigt sein. Obgleich verschiedene Löttechniken verwendet werden können, wird eine bevorzugte Technik als Löten unter kontrollierter Atmosphäre bezeichnet. Bei Löten unter kontrollierter Atmosphäre wird in der Regel eine Lötlegierung zum Befestigen der Komponenten verwendet, wobei die Komponenten aus Materialien mit höheren Schmelzpunkten als die Lötlegierung bestehen. Die Lötlegierung wird vorzugsweise zwischen Komponenten oder Flächen von zu verbindenden Komponenten angeordnet, und anschließend wird die Lötlegierung erwärmt und geschmolzen (zum Beispiel in einem Ofen und vorzugsweise unter einer kontrollierten Atmosphäre). Bei der Kühlung bildet die Lötlegierung vorzugsweise eine metallurgische Verbindung mit den Komponenten, um letztere aneinander zu befestigen. Gemäß einer stark bevorzugten Ausführungsform kann die Lötlegierung als eine Plattierung auf einer der Komponenten des Wärmeübertragers vorgesehen werden. In einer solchen Situation kommt in Betracht, dass die Komponenten aus einem Material, wie zum Beispiel einer Aluminiumlegierung mit einem höheren Schmelzpunkt, hergestellt werden können, während die Plattierung aus einer Aluminiumlegierung mit einem niedrigeren Schmelzpunkt hergestellt werden kann.
  • Wärmeübertrager gemäß der vorliegenden Erfindung enthalten in der Regel ein oder mehrere Rohre, einen oder mehrere Endbehälter, einen oder mehrere Einlässe und Auslässe, eine oder mehrere Prallflächen, eine oder mehrere Rippen oder eine Kombination davon. In Abhängigkeit von der Ausführungsform des Wärmeübertragers kommen verschiedene Formen und Konfigurationen für die Komponenten des Wärmeübertragers in Betracht. Zum Beispiel und ohne Beschränkung darauf können die Komponenten integral miteinander ausgebildet oder getrennt sein. Die Formen und Größen der Komponenten können nach Bedarf oder Wunsch für verschiedene Ausführungsformen des Wärmeübertragers variieren. Zusätzliche Variationen gehen bei Lektüre der folgenden Beschreibung hervor.
  • Im Allgemeinen sieht ein bevorzugter Wärmeübertrager mindestens zwei voneinander beabstandete Endbehälter vor, die durch mehrere allgemein parallele Rohre mit zwischen den Rohren angeordneten Rippen zumindest in einer teilweisen Strömungsverbindung miteinander verbrückt sind. Wahlweise umschließen Endplatten oder vorzugsweise Endrohre die Anordnung in einer allgemein koplanaren Konfiguration.
  • Auf 1 Bezug nehmend, wird insbesondere ein Wärmeübertrager 10 gemäß einem bevorzugten Aspekt der vorliegenden Erfindung dargestellt. Der Wärmeübertrager 10 enthält ein Paar Endbehälter 12. Jeder der Endbehälter enthält oder stützt einen Einlass 14, einen Auslass 16 und Prallflächen 18. Natürlich ist es auch möglich, alle Einlässe, Auslässe und Prallflächen in nur einem Endbehälter anzuordnen. Darüber hinaus enthält jeder der Endbehälter 12 einen ersten Behälterteil 22, der durch mindestens eine der Prallflächen 18 von einem zweiten Teil 24 getrennt ist. Des Weiteren enthält der Wärmeübertrager 10 mehrere Rohre 28, 30, die sich zwischen den Endbehältern 12 erstrecken. Vorzugsweise sind die Rohre 28, 30 durch Rippen 34 voneinander getrennt.
  • In Abhängigkeit von der Konfiguration des Wärmeübertragers können auch gemeinsame Endbehälter, die zur Aufnahme von mehr als einem Fluid unterteilt sind, oder getrennte Endbehälter zur Aufnahme mehrerer Fluide vorgesehen sein. Des Weiteren ist es möglich, dass Endplatten zur Verbrückung der Endbehälter gemäß der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden. Es wird jedoch besonders bevorzugt, dass der Wärmeübertrager Endrohre an Stelle von Endplatten einsetzt. Auf diese Weise sind aufgrund einer verringerten Vielfalt von Komponentenarten Gewichtsersparnisse und eine verbesserte Leistung möglich.
  • Wie erwähnt, ist ein vorteilhaftes Merkmal der vorliegenden Erfindung die Fähigkeit, mehrere Wärmeübertrager für verschiedene Fluide zu integrieren. Obgleich aus der Beschreibung hervorgeht, dass Alternativen möglich sind (zum Beispiel nebeneinander), ist ein bevorzugter Ansatz, einen Wärmeübertrager für ein erstes Fluid auf mindestens einen Wärmeübertrager für ein zweites Fluid in einer einzigen allgemein koplanaren Anordnung zu stapeln.
  • Bei der gezeigten bevorzugten Ausführungsform enthält der Wärmeübertrager 10 mehrere eines ersten Satzes von Rohren 28, die sich zwischen einem ersten Teil 22 (zum Beispiel einem oberen Teil) der Endbehälter 12 erstrecken und mit diesem in Stömungsverbindung stehen, und mehrere eines zweiten Satzes von Rohren 30, die mit dem zweiten Teil 24 (zum Beispiel einem unteren Teil) der Endbehälter 12 in Strömungsverbindung stehen. Darüber hinaus sind der erste Teil 22 eines der Endbehälter 12 und der zweite Teil 24 des anderen der Endbehälter 12 in einen Einlassteil 38, der mit einem der Einlässe 14 des Wärmeübertragers 10 in Strömungsverbindung steht, und einen Auslassteil 40, der mit einem der Auslässe 16 des Wärmeübertragers 10 in Strömungsverbindung steht, getrennt. Wie am besten in 2 gezeigt, enthalten die ersten und die zweiten Rohre 28, 30 vorzugsweise Körperwände 44, die eine ähnliche Größe und Form aufweisen. Der erste Satz von Rohren 28 enthält jedoch vorzugsweise Seitenwände 46, die wesentlich größer sind als entsprechende Seitenwände 46 des zweiten Satzes von Rohren 30, so das Durchgänge 50 des ersten Satzes von Rohren 28 wesentlich größer sind als Durchgänge des zweiten Satzes von Rohren 30.
  • Der Wärmeübertrager 10 wird durch Befestigen der Rohre 28, 30 an den Endbehältern 22 entweder nacheinander oder gleichzeitig mit einer oder mehreren Rippen 34 zwischen jedem der einander gegenüberliegenden Rohre 28, 30 gebildet. Die Rohre 28, 30 können durch Befestigungselemente (Zusammensteck- oder andere Elemente), durch Schweißen, Löten oder dergleichen an den Endbehältern befestigt werden. Darüber hinaus können die Rippen 34 an den Rohren 28, 30, den Endbehältern 22 oder an beiden angebracht oder befestigt werden.
  • Bei einer stark bevorzugten Ausführungsform können die Rohre 28, 30, auch wenn dies nicht erforderlich ist, mit gekrümmten Rändern 54 ausgebildet werden, die die Körperwände 44 und die Seitenwände 46 der Rohre 28, 30 miteinander verbinden. Die gekrümmten Ränder 54 können von dem Körper und den Seitenwänden 44, 46 der Rohre 28, 30 getrennt sein oder zumindest einen Teil davon bilden. Bei der gezeigten bevorzugten Ausführungsform ist der Krümmungsradius für jeden der gekrümmten Ränder 54 im Wesentlichen identisch. Der Radius kann jedoch auch von Rand zu Rand variieren. Des Weiteren sind bei der stark bevorzugten Ausführungsform die Rippen 34 mit Randvorsprüngen 56 ausgebildet, wie zum Beispiel in 2A gezeigt. Auf diese Weise sind die Rippen dazu ausgeführt, eine Konstruktion mit Fallwiderstand bereitzustellen, die dazu beiträgt, die Rippen 34 bezüglich der Rohre 28, 30 stabil zu halten, und zwar insbesondere bei der Montage (zum Beispiel während eines Lötvorgangs). Bei der gezeigten bevorzugten Ausführungsform enthalten die Vorsprünge 56 eine Fläche 58, die so konfiguriert ist, dass sie die gekrümmten Ränder 54 der Rohre 28, 30 allgemein überlappt und komplementär dazu ist. Es kommt in Betracht, dass jede Rippe 34 einen oder mehrere Randvorsprünge 56 enthält. Wie dargestellt, sind zum Beispiel vier Vorsprünge 56 vorgesehen. Es versteht sich jedoch, dass auch weniger eingesetzt werden können, vorausgesetzt die Stabilität der Rippen bezüglich der Rohre kann aufrechterhalten werden.
  • Vorteilhafterweise gestatten die identisch konfigurierten Körperwände 44 und der im Wesentlichen identische Krümmungsradius der Ränder 54, dass mindestens eines der größeren oberen Rohre 28 von mindestens einem der kleineren unteren Rohre 28, 30 durch Rippen 34 getrennt ist, die im Wesentlichen identisch mit den Rippen 34 sind, die die unteren Rohre 28 voneinander trennen, wobei die Rippen 34 die oberen Rohre 28 voneinander trennen, oder beides. Somit ist bei einer stark bevorzugten Ausführungsform jedes der Rohre 28, 30 von jedem gegenüberliegenden Rohr durch nur eine Rippe 34 getrennt, und jede der Rippen 34 weist im Wesentlichen die gleiche Größe, Form oder eine Kombination davon auf. Die Rippengröße oder -form kann jedoch auch von Rippe zu Rippe variieren.
  • Im Betrieb tritt ein erstes Fluid durch den Einlass 14 des Einlassteils 38 eines ersten der Endbehälter 12 ein und strömt durch Durchgänge 50 eines oder mehrerer des ersten Satzes von Rohren 28 zu einem ersten Teil eines zweiten der Endbehälter 12 . Danach strömt das erste Fluid durch einen anderen Durchgang 50 eines oder mehrerer des ersten Satzes von Rohren 28 zum Auslassteil 40 und durch den Auslass 16 . Darüber hinaus tritt ein zweites Fluid durch den Einlass 14 des Einlassteils 38 des zweiten Teils 24 des zweiten der Endbehälter 12 in den Wärmeübertrager ein und strömt durch Durchgänge 50 des zweiten Satzes von Rohren 28 . Das zweite Fluid strömt durch den Auslass 16 des zweiten Teils 24 des zweiten der Endbehälter 12. Wie oben besprochen können die Funktionen beider Endbehälter natürlich auch in einen einzigen Endbehälter integriert sein.
  • Während das erste und das zweite Fluid durch die Rohre 28, 30 strömen, strömt vorzugsweise ein Umgebungsfluid über die Außenseite der Rohre 28, 30, der Rippen 34 oder beider vorbei. Wärme kann wiederum von dem ersten und dem zweiten Fluid auf das Umgebungsfluid oder von dem Umgebungsfluid auf das erste und das zweite Fluid übertragen werden. Das erste und das zweite Fluid können gleicher oder unterschiedlicher Viskosität sein. Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist zum Beispiel das erste Fluid eine höhere Viskosität als das zweite Fluid auf. Das erste Fluid kann zum Beispiel, ohne Einschränkung darauf, Getriebeöl, Kühlmittelöl, Motoröl, Servolenkungsöl oder dergleichen sein, während das zweite Fluid in der Regel ein Kältemittel ist.
  • Vorteilhafterweise eignen sich die größeren Durchgänge 50 des ersten Satzes von Rohren 28 bei Einsatz von Rohren mit unterschiedlicher Größe für den Strom viskoserer Fluide ohne relativ große Druckabfälle an den Rohren 28, während sich die kleineren Durchgänge 50 der unteren Rohre für Fluide mit geringerer Viskosität eignen. Es ist auch möglich, die Positionierung der Rohre so zu ändern, dass das erste Fluid durch den zweiten Teil oder umgekehrt geleitet wird.
  • Aus dem Obigen geht somit hervor, dass bei einem bevorzugten Verfahren der vorliegenden Erfindung in Betracht kommt, einen Mehrfluid-Wärmeübertrager bereitzustellen, der in einer gemeinsamen Anordnung montiert ist; ein erstes Fluid durch einen Teil des Wärmeübertragers zwecks Wärmeaustausch zu leiten und mindestens ein zusätzliches Fluid durch mindestens einen zusätzlichen Teil des Wärmeübertragers zwecks Wärmeaustausch des zusätzlichen Fluids zu leiten.
  • Es kommt in Betracht, dass ein gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellter Wärmeübertrager ein oder mehrere Rohre enthalten kann, die verschiedene innere Konfigurationen zur Definition von Durchgängen in den Rohren aufweisen. Des Weiteren können sie verschiedene äußere Konfigurationen aufweisen, die eine oder mehrere Außenumfangsflächen der Rohre definieren. Weiterhin ist es möglich, dass die inneren Konfigurationen, äußere Konfiguration oder beide entlang der Rohrlänge variieren.
  • Die innere Konfiguration eines Rohrs kann gleich der äußeren Konfiguration oder davon verschieden sein. Zum Beispiel können die Wände der Rohre gegenüberliegende Seiten aufweisen, die allgemein parallel zueinander verlaufen oder komplementär zueinander sind. Als Alternative dazu können sie eine verschiedene Konstruktion bezüglich einander aufweisen. Die äußere Konfiguration des Rohrs kann Nuten, Stege, Nocken oder eine andere Konstruktion entlang einem Teil oder seiner gesamten Länge enthalten, um die Wärmeübertragung zu unterstützen. Ebenso kann die innere Konfiguration Nuten, Stege, Nocken oder eine andere Konstruktion aufweisen.
  • Des Weiteren ist es möglich, dass die Konstruktion zur Erzeugung von Turbulenzen im Fluid oder für eine andere Steuerung der Beschaffenheit der Fluidströmung dadurch vorgesehen ist.
  • Die Durchgänge der Rohre können in den verschiedensten Formen vorgesehen sein, zum Beispiel quadratisch, rechteckig, kreisförmig, elliptisch, unregelmäßig oder dergleichen. Bei bevorzugten Ausführungsformen können die Durchgänge von Rohren einen oder mehrere Teiler, Rippen oder dergleichen enthalten. Nach der Verwendung in dieser Beschreibung ist ein Teiler für einen Durchgang in einem Rohr eine Konstruktion (zum Beispiel eine Wand), die zumindest einen Teil des Durchgangs in einen ersten und einen zweiten Teil im Wesentlichen unterteilt. Der Teiler ist vorzugsweise durchgehend (kann aber auch unterbrochen sein), so dass er den ersten Teil vollständig von dem zweiten Teil trennt, oder der Teiler kann Öffnungen enthalten (zum Beispiel Durchgangslöcher, Spalten oder dergleichen), die den ersten und den zweiten Teil verbinden.
  • Nach der Verwendung in dieser Beschreibung soll eine Rippe für einen Durchgang in einem Rohr fast jede Konstruktion (zum Beispiel einen Vorsprung, eine Spirale, ein Glied oder dergleichen) umfassen, die im Durchgang des Rohrs angeordnet und physisch mit einer Außenfläche des an der Wärmeübertragung teilnehmenden Rohrs (direkt oder indirekt) verbunden ist. Die Form jeder der Rippen kann bezüglich einander gleich oder verschieden sein. Des Weiteren kann der Neigungswinkel jeder Rippe bezüglich einander gleich oder verschieden sein. Des Weiteren versteht sich, dass sich die Konfiguration eines Rohrs entlang seiner Länge ändern kann. Ein oder beide Rohrenden können mit Rippen versehen sein, aber der Mittelteil kann ohne Rippen bleiben. Ebenso kann der Mittelteil mit Rippen versehen sein, aber eines oder beide der Rohrenden ohne Rippen bleiben. Die Rippenbeabstandung kann in einem Durchgang konstant sein oder nach Wunsch variieren.
  • Es kommt in Betracht, dass eine verschiedene Anzahl von Teilern und Rippen in Abhängigkeit von der Größe, Form, Konfiguration oder dergleichen der Durchgänge, Rohre oder beider verwendet werden kann. Die Rippen können eine beliebige Form aufweisen, zum Beispiel können sie ein dreieckiges Querschnittsprofil (wie zum Beispiel in 3A als 80 gezeigt), ein rechteckiges, ein abgerundetes oder dergleichen aufweisen. Vorzugsweise können die Teiler die Durchgänge in verschiedene Anzahlen von Teilen mit verschiedenen Größen und Formen oder mit im Wesentlichen gleichen Größen und Formen unterteilen. Als Beispiel können die Teile konturiert, gerade, rechteckig oder auf andere Weise konfiguriert sein.
  • Auf 3(A) Bezug nehmend, wird ein Rohr 70 mit mehreren im Wesentlichen identischen Teilern 72 (zum Beispiel vier Teilern) dargestellt, die den Durchgang 74 des Rohrs 70 in mehrere Teile 76 (zum Beispiel fünf Teile) mit im Wesentlichen identischer Größe unterteilen. Wie gezeigt, ist jeder der Teiler 72 im Wesentlichen vertikal und erstreckt sich von einer ersten Köperwand 78 zu einer zweiten gegenüberliegenden Körperwand 78', und jeder der Teile 76 ist im Wesentlichen rechteckig. Darüber hinaus enthält jeder der Teiler 72 mehrere Rippen 80 (zum Beispiel drei Rippen), die sich in jeden Teil 76 des Durchgangs 74 entlang zumindest einem Teil der Länge des Durchgangs erstrecken. Des Weiteren erstrecken sich eine oder mehrere Rippen 80 (zum Beispiel zwei, drei oder mehr Rippen) von jeder eines Paars einander gegenüberliegender Körperwände 82 des Rohrs 70 in jeden Teil 76 des Durchgangs 74, und mehrere Rippen 80 (zum Beispiel drei Rippen) erstrecken sich von einem Paar gegenüberliegender Seitenwände 86 in jeden eines Paars der Teile 76 an gegenüberliegenden Enden des Rohrs 70 . Bei der dargestellten Ausführungsform weist jede der Rippen 80 einen allgemein dreieckigen Querschnitt auf.
  • Für gewisse Anwendungen und insbesondere für Fluide mit geringerer Viskosität kann es von Vorteil sein, im Wesentlichen gleich dimensionierte Durchgänge vorzusehen, so dass Strömung durch jeden der Durchgänge im Wesentlichen gleich ist und ein höheres Ausmaß an Wärmeübertragung fördert. Bei alternativen Ausführungsformen kann ein Rohr in einen oder mehrere mehrerer erster Durchgänge mit einer ersten Querschnittsfläche und einen oder mehrere zweiter Durchgänge mit einer zweiten Querschnittsfläche (die bezüglich den ersten Durchgängen zum Beispiel eine größere, kleinere oder andere Form aufweisen) unterteilt sein. Darüber hinaus können sich die Teiler des Rohrs horizontal, vertikal, diagonal, Kombinationen davon oder auf andere Weise erstrecken.
  • Der Veranschaulichung halber werden unter Bezugnahme auf die 3(B)-3(D) drei Rohre 100, 102 bzw. 104 dargestellt. Jedes der Rohre 100 - 104 enthält einen Durchgang 110, der in einen oder mehrere größere Teile 112 (das heißt Teildurchgänge) und einen oder mehrere kleinere Teile 114 (das heißt Teildurchgänge) unterteilt ist. Bei den gezeigten Ausführungsformen befinden sich die größeren Teile 112 mittiger in den Rohren 100 - 104, während sich die kleineren Teile 114 mehr zu den Seiten oder Seitenwänden 116 der Rohre 100 - 104 befinden, obgleich eine solche Anordnung nicht erforderlich ist und umgekehrt sein kann. Weiterhin enthält jedes der Rohre 100 - 104 mehrere Rippen, die sich in die kleineren und größeren Teile erstrecken.
  • In 3(b) enthält das Rohr 100 mehrere Teiler 120 (zum Beispiel fünf Teiler), die sich in der Darstellung im Wesentlichen vertikal von einer Körperwand 124 durch den Durchgang 110 zu einer gegenüberliegenden Körperwand 124 erstrecken. Die Teiler 120 unterteilen den Durchgang 110 in mehrere der im Verhältnis größeren Teile 112 (zum Beispiel vier größere Teildurchgänge) und mehrere der im Verhältnis kleineren Teile 114 (zum Beispiel zwei kleinere Teildurchgänge). Wie gezeigt, sind die größeren Teile 112 allgemein mittig angeordnet und weisen eine rechteckige Form auf, während die kleineren Teile 114 allgemein in der Nähe der Seiten 116 des Rohrs 100 angeordnet sind, aber auch eine allgemein rechteckige Form aufweisen.
  • In 3(c) enthält das Rohr 102 mehrere Teiler 140, 142 (zum Beispiel sieben Teiler). Eine Gruppe der Teiler 140 (zum Beispiel fünf der Teiler) erstreckt sich in der Darstellung im Wesentlichen vertikal von einer Körperwand 144 durch den Durchgang 110 zu einer gegenüberliegenden Körperwand 144 . Eine andere Gruppe der Teiler 142 (zum Beispiel zwei Teiler) erstreckt sich in der Darstellung im Wesentlichen horizontal von den Seitenwänden 116 zum nächsten Teiler 140 der anderen Gruppe. Die Teiler 140, 142 unterteilen den Durchgang 110 in mehrere der im Verhältnis größeren Teile 112 (zum Beispiel vier größere Teildurchgänge) und mehrere der im Verhältnis kleineren Teile 114 (zum Beispiel vier kleinere Durchgänge). Wie gezeigt, sind die größeren Teile 112 allgemein mittig angeordnet und weisen eine rechteckige Form auf, während die kleineren Teile 112 allgemein in der Nähe der Seiten 116 des Rohrs 100 angeordnet sind und eine allgemein quadratische Form aufweisen.
  • In 3(d) enthält das Rohr 104 mehrere Teiler 150 (zum Beispiel fünf Teiler), die sich in der Darstellung im Wesentlichen vertikal von einer Körperwand 154 durch den Durchgang 110 zu einer gegenüberliegenden Körperwand 154 erstrecken. Die Teiler 150 unterteilen den Durchgang 110 in einen im Verhältnis größeren Teil 112 und mehrere der im Verhältnis kleineren Teile 114 (zum Beispiel sechs kleinere Teildurchgänge). Wie gezeigt, ist der größere Teil 112 allgemein mittig angeordnet und weist eine quadratische Form auf, während die kleineren Teile 114 allgemein näher zu den Seiten 116 des Rohrs 100 angeordnet sind und eine allgemein rechteckige Form aufweisen.
  • Vorteilhafterweise weisen Rohre mit in größere und kleinere Teildurchgänge unterteilten Durchlässen, wie zum Beispiel die obigen, die Fähigkeit auf, effektiv eine passive Umgehungsfunktion durchzuführen, insbesondere für das Kühlen von die Rohre durchströmenden Fluiden mit relativ hoher Viskosität. Insbesondere ist ein Fluid mit höherer Viskosität in der Regel bei niedrigeren Temperaturen viskoser, und folglich strömt mehr Fluid durch die größeren Teildurchgänge und umgeht die kleineren Teildurchgänge, was zu einer geringeren Wärmeübertragung von dem Fluid führt. Hingegen wird das Fluid bei steigender Fluidtemperatur weniger viskos, und folglich erhöht sich die Geschwindigkeit, mit der das Fluid durch die kleineren Teildurchgänge strömen kann. Somit erleichtert das Rohr mit der verschiedenartigen Durchgangskonstruktion die Strömung des hochviskosen Fluids durch das Rohr bei kühleren Temperaturen.
  • Bei anderen alternativen Ausführungsformen können die inneren Teile beliebiger der inneren Durchgänge der Rohre definierende Flächen glatt oder planar sein oder sie können konturiert wie gewellt (zum Beispiel mit mehreren gemusterten Stegen), gerippt (das heißt mehrere Vorsprünge aufweisend), genoppt (das heißt mit Vertiefungen versehen) sein oder eine andere geeignete Rippenkonstruktion aufweisen. Es können spiral- oder schraubenförmige Nuten oder Stege vorgesehen sein. Bei noch einer anderen alternativen Ausführungsform können die Rohre einen oder mehrere inneren Einsätze aufweisen, die getrennt von den Rohren hergestellt, aber anschließend zusammen montiert werden. Es kommt in Betracht, dass Einsätze in den verschiedensten Konfigurationen und Formen zum Einsetzen in Durchgänge oder Teile von Durchgängen von Rohren hergestellt werden können. Zum Beispiel und ohne Einschränkung darauf können Einsätze Glieder (zum Beispiel gerade oder konturierte Glieder) mit komplexen oder einfachen Konfigurationen sein. Als Alternative dazu können Einsätze Spiralen, Federn oder dergleichen sein.
  • Auf die 3(E)-3(F) Bezug nehmend, sind zwei Rohre 200 bzw. 202 gemäß bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung dargestellt. Jedes der Rohre 200 - 202 enthält einen Durchgang 210, der in mehrere Teildurchgänge 212 unterteilt ist, und jeder der Teildurchgänge 212 wird durch eine oder mehrere Innenwandflächen 214 definiert. Bei den gezeigten Ausführungsformen sind die Wandflächen 214 konturiert, und insbesondere sind die Flächen 214 gewellt.
  • Wie gezeigt, weist jeder der Teildurchgänge 212 eine allgemein rechteckige Form mit einer gerippten Innenwandfläche 214 auf, die die Teildurchgänge 212 definiert. Der geometrischen Konfiguration der Teile 212 sind jedoch fast keine Grenzen gesetzt, und sie könnte zum Beispiel quadratisch, kreisförmig, elliptisch, unregelmäßig oder dergleichen sein. In 3(E) enthält das Rohr 200 mehrere nebeneinander liegende Teildurchgänge 212 (zum Beispiel drei). In 3(F) enthält das Rohr 202 mehrere Teildurchgänge (zum Beispiel sechs), die in Gruppen (zum Beispiel in Gruppen von zwei) übereinander gestapelt sind, und die Gruppen sind in einer nebeneinander liegenden Konfiguration angeordnet.
  • Auf 3(G) Bezug nehmend, wird ein Rohr 230 dargestellt, das einen Durchgang 232 aufweist, der in mehrere Teildurchgänge 234 unterteilt ist, wobei Einsätze 238 in jedem der Teile 234 angeordnet worden sind. Bei der gezeigten Ausführungsform ist die Querschnittsgeometrie der Teildurchgänge 234 im Wesentlichen kreisförmig, und die Einsätze 236 sind Federn, die komprimiert und in den Teilen 234 oder Durchgängen 232 eingesetzt werden können.
  • Die Herstellung von Rohren gemäß der vorliegenden Erfindung kann unter Verwendung mehrerer unterschiedlicher Protokolle und Techniken bewerkstelligt werden. Als Beispiel kann die Herstellung von Rohren durch Ziehen, Walzen, Gießen oder auf andere Art und Weise erfolgen. Darüber hinaus können Rohre gemäß der vorliegenden Erfindung aus den verschiedensten Materialien, einschließlich Kunststoffen, Metallen oder anderen formbaren Materialien oder dergleichen, hergestellt werden. Vorzugsweise bestehen die Rohre jedoch aus einem Metall, das unter Kupfer, Kupferlegierungen, kohlenstoffarmem Stahl, rostfreiem Stahl, Aluminiumlegierungen oder dergleichen ausgewählt ist. Die Rohre können über einen Teil oder ihre gesamte Länge beschichtet oder auf andere Weise oberflächenbehandelt sein, um die gewünschte Eigenschaft lokal zu variieren.
  • Bei einer stark bevorzugten Ausführungsform sind die Rohre durch Extrusion von Aluminium hergestellt. Bei den in den 3(A)-3(G) gezeigten Ausführungsformen weist jedes der Rohre einen im Wesentlichen durchgehenden Querschnitt auf, bei dem es sich um den in jenen Figuren gezeigten Querschnitt handelt. Somit können (nicht gezeigte) Extrusionsdüsen mit Konfigurationen verwendet werden, die den Querschnitten der Rohre entsprechen, um Aluminiumextrudat so zu formen, dass es die gezeigten Querschnitte aufweist, und das Extrudat kann zwecks Formung der Rohre geschnitten oder auf andere Weise unterteilt werden.
  • Wie zuvor angedeutet, kommt in Betracht, dass Rohre der vorliegenden Erfindung eine verschiedene Anzahl von Teilern aufweisen können, die die Durchgänge der Rohre in eine verschiedene Anzahl von Teilen unterteilen. Gemäß einem bevorzugten Aspekt wird jedoch eine bevorzugte Methodik zur Erzeugung gewisser Design-Parameter eingesetzt, wie zum Beispiel Wählen oder Einstellen der Anzahl von Teilern, der Anzahl von Teilen, der Größe der Teile, der Größe der Durchgänge oder einer Kombination davon.
  • Im Allgemeinen umfasst die Methodik den Einsatz eines oder mehrerer Versuchsrohre, die die verschiedensten vorbestimmten hydraulischen Durchmesser bereitstellen können. Vorzugsweise weisen die Rohre im Wesentlichen die gleiche Länge auf, obgleich dies nicht erforderlich ist. Danach werden Druckabfälle und Wärmeübertragungen für jeden der vorbestimmten hydraulischen Durchmesser experimentell bestimmt. Dann wird ein gewünschter hydraulischer Durchmesser oder Bereich von hydraulischen Durchmessern für die Druckabfall- und Wärmeübertragungswerte bestimmt. Schließlich werden ein oder mehrere Design-Parameter aufgestellt, indem der eine oder die mehreren Design-Parameter für ein Rohr so eingestellt werden, dass das Rohr den gewünschten hydraulischen Durchmesser oder einen hydraulischen Durchmesser in dem Bereich gewünschter hydraulischer Durchmesser aufweist.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Methodik werden Parameter gewählt, indem ein gewünschter hydraulischer Durchmesser oder Bereich davon für ein oder mehrere Rohre einer bestimmten Länge bestimmt werden, so dass die Parameter so eingestellt werden können, dass sie den gewünschten hydraulischen Durchmesser bereitstellen. Nach der Verwendung in dieser Beschreibung wird der hydraulische Durchmesser (DH) gemäß der folgenden Gleichung bestimmt: Dh = 4AP/PW wobei AP= benetzte Querschnittsfläche des Durchgangs ei nes Rohrs; und PW= benetzter Umfang des Rohrs.
  • Jede der Variablen (PW und AP) für den hydraulischen Durchmesser (Hd) kann für ein Rohr gemäß standardmäßiger geometrischer und technischer Grundlagen bestimmt werden und hängt von der Konfiguration eines bestimmten Rohrs und den oben genannten Variablen für das Rohr (das heißt der Anzahl von Teilern, der Anzahl von Teilen, der Größe der Teile, der Größe der Durchgänge oder einer Kombination davon) ab.
  • Gemäß der Methodik wird mindestens ein Versuchsrohr bereitgestellt. Das mindestens eine Versuchsrohr kann ein Versuchsrohr mit einer vorbestimmten Länge und einem variablen hydraulischen Durchmesser oder mehrere Versuchsrohre, die jeweils die gleiche vorbestimmte Länge, aber einen anderen hydraulischen Durchmesser aufweisen, sein. Danach werden die Wärmeübertragung und der Druckabfall für ein durch das mindestens eine Versuchsrohr strömendes Fluid für einen Bereich von hydraulischen Durchmessern unter Verwendung von Sensoren wie Druckmesser, Temperaturfühler oder dergleichen experimentell bestimmt.
  • Wie in 3(H) gezeigt, sind ein oder mehrere Werte für Druckabfall, Wärmeübertragung und hydraulischen Durchmesser für ein bestimmtes Fluid und für eine bestimmte Rohrlänge aufgetragen. Wie aus der graphischen Darstellung ersichtlich, erfolgt bei kleiner werdenden hydraulischen Durchmessern immer weniger Wärmeübertragung für immer größere Druckabfälle. Folglich kann ein gewünschter hydraulischer Durchmesser oder Bereich von hydraulischen Durchmessern bestimmt werden, für den ein maximales Wärmeübertragungsausmaß von dem Fluid bei einem minimalen Ausmaß des den Fluidstrom durch das mindestens eine Rohr treibenden Druckabfalls erreicht wird. Beispielhaft würde ein bevorzugter Bereich von hydraulischen Durchmessern für die Daten von 3(H) zwischen 1,2 mm und ca. 1,7 mm liegen.
  • Somit können die Anzahl von Teilern, die Anzahl von Teildurchgängen, die Größe des Teildurchgangs, die Größe, Form oder Position der Rippen oder dergleichen variiert und danach gemessen werden, um den gewünschten hydraulischen Durchmesser oder einen hydraulischen Durchmesser im gewünschten Bereich von hydraulischen Durchmessern für eine vorbestimmte Rohrlänge bereitzustellen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform liegen die Höhe der inneren Rippen und die Breite der inneren Rippen zwischen ca. dem 0,05- und ca. dem 0,25-Fachen des hydraulischen Durchmessers. Somit liegen die Höhe und Breite einer Rippe in einem Rohr mit einem hydraulischen Durchmesser von 1,0 mm bei ca. 0,05 bis ca. 0,25 mm.
  • Es werden vorzugsweise verschiedene beispielhafte Bereiche von hydraulischen Durchmessern für viskose Fluide, wie zum Beispiel Motoröl, Getriebeöl und Servolenkungsöl, bei ca. 23°C bestimmt. Als Beispiel liegen bevorzugte hydraulische Durchmesser für Öle, die durch Rohre mit einer Länge zwischen ca. 600 mm und ca. 750 mm fließen, zwischen ca. 1,10 mm und 1,90 mm. Bevorzugte hydraulische Durchmesser für Öle, die durch Rohre mit einer Länge zwischen ca. 250 mm und ca. 350 mm fließen, liegen zwischen ca. 0,55 und ca. 1,30 mm. Darüber hinaus liegen bevorzugte hydraulische Durchmesser für Öle, die durch Rohre mit einer Länge zwischen ca. 850 mm und ca. 1000 mm fließen, zwischen ca. 1,20 und ca. 2,5 mm.
  • Aus den obigen Längen und Durchmessern sind bevorzugte Verhältnisse (R1d) für die Länge eines Rohrs zum hydraulischen Durchmesser des Rohres zur Unterstützung der Einstellung der hydraulischen Durchmesser von Öl befördernden Rohren bestimmt worden. Vorzugsweise liegt das Verhältnis (R1d) zwischen ca. 80 und ca. 1820, besonders bevorzugt zwischen ca. 300 und ca. 700 und ganz besonders bevorzugt zwischen ca. 400 und ca. 600.
  • Für einen Mehrfluid-Wärmeübertrager kann es wünschenswert sein, dass die zur Beförderung eines der Fluide ausgeführten Rohre bezüglich der Rohre, die zur Beförderung des (der) anderen Fluids (Fluide) ausgeführt sind, hinsichtlich ihres Durchmessers, ihrer Länge oder von beidem definiert sind. Insbesondere ist es bei einem Mehrfluid-Wärmeübertrager, der zur Handhabung eines ersten Fluids, wie zum Beispiel eines Kältemittels, und eines zweiten Fluids, wie zum Beispiel einem Öl (zum Beispiel Getriebe- oder Servolenkungsöl) ausgeführt ist, wünschenswert, wenn die Breite, Länge oder beides der inneren und äußeren Mantelflächen der verschiedenen Rohre bezüglich einander so definiert sind, dass ein größeres Ausmaß an Wärmeübertragung zu und/oder von den Fluiden bereitgestellt wird.
  • Gemäß einem bevorzugten Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält ein Mehrfluid-Wärmeübertrager Rohre zur Beförderung eines ersten Fluids, wie zum Beispiel eines Kühlfluids (zum Beispiel eines Kältemittels oder Kühlerfluids), und Rohre zur Beförderung eines zweiten Fluids, wie zum Beispiel eines Öls (zum Beispiel Getriebeöls, Servolenkungsöls oder dergleichen). Für die das Kühlfluid befördernden Rohre wird an der Außenfläche des Rohrs ein großes Maß an Wärmewiderstand gegen Wärmeaustausch bezüglich irgendeines Maßes an Wärmewiderstand, der an der Innenfläche des Rohrs erzeugt wird, erzeugt. Bei den das Öl befördernden Rohren wird jedoch ein großes Maß an Wärmewiderstand an der Innenfläche des Rohrs bezüglich irgendeines Maßes an Wärmewiderstand, der an der Außenfläche des Rohrs erzeugt wird, erzeugt. Infolgedessen ist es allgemein wünschenswert, wenn das das Kühlfluid befördernde Rohr eine größere äußere Mantelfläche bezüglich seiner inneren Mantelfläche aufweist, während es bei dem das Öl befördernden Rohr allgemein wünschenswert ist, wenn es eine größere innere Mantelfläche bezüglich seiner äußeren Mantelfläche aufweist.
  • Bei dem Öl transportierenden Rohr im Mehrfluid-Wärmeübertrager hat sich herausgestellt, dass Wärmeübertragung von dem Öl größer ist, wenn die innere Mantelfläche pro Längeneinheit (MÖI,innen) des Rohrs größer ist als die äußere Mantelfläche pro Längeneinheit (MÖI,außen). Des Weiteren hat sich bei dem das Kühlfluid befördernden Rohr im Mehrfluid-Wärmeübertrager herausgestellt, dass die Wärmeübertragung vom Kühlfluid größer ist, wenn die innere Mantelfläche pro Längeneinheit (MKühler,innen) des Rohrs kleiner ist als die äußere Mantelfläche pro Längeneinheit (MKühler,außen). Somit ist bei dem Mehrfluid-Wärmeübertrager ein Kühlmittelrohrmantelflächenverhältnis (VKi,Ka) der inneren Mantelfläche (MKühler,innen) zur äußeren Mantelfläche (MKühler,außen) für das Kühlfluidrohr vorzugsweise kleiner als Eins. Jedoch ist ein Ölrohrmantelflächenverhältnis (VÖi,Öa) der inneren Mantelfläche (MÖI,innen) zur äußeren Mantelfläche (MÖI,außen) für das Ölrohr vorzugsweise größer als Eins. Darüber hinaus hat sich bei dem Mehrfluid-Wärmeübertrager mit den Kühlmittelrohren und den Ölrohren herausgestellt, dass ein Ölrohr/Kühlerrohrverhältnis (VÖK) des Ölmantelflächenverhältnisses (VÖi,Öa) zum Kühlmittelmantelflächenverhältnis (VKi,Ka) vorzugsweise in einem Bereich zwischen ca. 1,2 und ca. 5,0, besonders bevorzugt zwischen ca. 2,0 und ca. 4,0 liegt.
  • Bei bestimmten Ausführungsformen der Erfindung wird bevorzugt, dass der Wärmeübertrager eine oder mehrere Endplatten zum Schützen der Rohre des Wärmeübertragers enthält. Die Endplatten können in mehreren verschiedenen Konfigurationen vorgesehen und im Wesentlichen planar oder konturiert, durchgehend oder unterbrochen oder auf andere Weise konfiguriert sein. Darüber hinaus können die Endplatten als getrennte Einheiten vorgesehen sein, die mit einer oder mehreren der Komponenten (zum Beispiel den Endbehältern) des Wärmeübertragers verbunden oder daran befestigt sein können. Als Alternative dazu können die Endplatten integral mit einer oder mehreren der Komponenten (zum Beispiel den Endbehältern) des Wärmeübertragers vorgesehen sein.
  • Gemäß einer stark bevorzugten Ausführungsform sind eine oder beide Endplatten weggelassen. Die Funktion der Endplatten wird stattdessen durch Endrohre bereitgestellt. Zum Beispiel sind die Endrohre mit einem oder mehreren der Fluid befördernden Rohre des Wärmeübertragers im Wesentlichen identisch. Auf die 4 und 5 Bezug nehmend, werden alternative Ausführungsformen von Wärmeübertragern 400, 402 dargestellt, die als Endplatten funktionierende Endrohre 404 aufweisen, vorzugsweise um Fluid befördernde Rohre 408 der Wärmeübertrager 400, 402 zu schützen.
  • In 4 ist der Wärmeübertrager 400 ein Einfluid-Wärmeübertrager, und der Wärmeübertrager 402 von 5 ist ein Mehrfluid-Wärmeübertrager. Jeder der Wärmeübertrager 400, 402 enthält eines der Endrohre 404 an jedem der beiden gegenüberliegenden Enden 412, 414. Wie gezeigt, sind die Endrohre 404 an den Endbehältern befestigt und können durch neben den Enden 412, 414 der Wärmeübertrager 400, 402 angeordnete Prallflächen 424 von einer Strömungsverbindung mit den Fluiden, die durch die Beförderungsrohre 408 strömen sollen, abgeschnitten sein. Bei alternativen Ausführungsformen kommt jedoch in Betracht, dass die Endrohre 404 mit oder neben benachbarten Umfangsenden 428 der Endbehälter verbunden (zum Beispiel damit verschweißt, verlötet oder auf andere Weise daran befestigt) sein können, so dass die Prallflächen 424 weggelassen werden können.
  • Vorzugsweise weisen die Endrohre 404 im Wesentlichen die gleiche Größe, das gleiche Material und die gleiche innere und äußere Konfiguration wie mindestens eines und besonders bevorzugt mehrere der Fluid befördernden Rohre 408 auf. Vorteilhafterweise können durch die Verwendung von im Wesentlichen identischen Rohren sowohl als Endrohre als auch als die Fluid befördernden Rohre Herstellungskosten verringert und Endplatten für einen Wärmeübertrager bereitgestellt werden. Zum einen sind keine zusätzlichen Werkzeuge zur Herstellung der Endrohre erforderlich. Darüber hinaus können die Endrohre auf die gleiche Weise an den Wärmeübertrager montiert werden wie der Rest der Rohre an den Wärmeübertrager montiert wird.
  • Die Erfindung ist hier allgemein unter Bezugnahme auf einen Zweifluid-Wärmeübertrager dargestellt worden. Sie soll jedoch nicht darauf beschränkt sein. Es kommt auch in Betracht, dass die erfindungsgemäßen Merkmale zur Bereitstellung eines Dreifluid-Wärmeübertragers oder sogar eines Wärmeübertragers für Fluide zusätzlich zu drei Fluiden ausgeführt werden. Wie bei dem hier bevorzugten Zweifluid-Wärmeübertrager enthält jeder andere Mehrfluid-Wärmeübertrager vorzugsweise einen gemeinsamen Satz von Endbehältern und mehrere Rohre, die allgemein parallel zueinander angeordnet sind und sich zwischen den Endbehältern erstrecken.
  • Auf die 6 und 7 Bezug nehmend, werden Dreifluid-Wärmeübertrager 500, 502 dargestellt, die gemäß bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ausgebildet sind. Jeder der Wär meübertrager 500, 502 enthält mehrere erste 504 und mehrere zweite 506 größere Rohre 508 und mehrere kleinere Rohre 512. Es versteht sich, dass die mehreren Rohre in den verschiedensten Konfigurationen, einschließlich nebeneinander liegenden Anordnungen, gestapelten Anordnungen, Kombinationen davon und dergleichen, angeordnet sein können.
  • In 6 enthält der Wärmeübertrager 500 ein Paar Endbehälter 514, die jeweils einen ersten oder oberen Teil 518, einen zweiten oder unteren Teil 520 und einen dritten oder mittleren Teil 522 enthalten, die durch Prallflächen 524 voneinander getrennt sind. Sowohl der obere als auch der mittlere Teil 518, 522 eines der Behälter 514 enthält einen Öleinlass 526, der mit einem Einlassteil 530 des oberen und mittleren Teils 518, 522 in Strömungsverbindung steht, und einen Ölauslass 534, der mit einem Auslassteil 536 des oberen und mittleren Teils 518, 522 in Strömungsverbindung steht. Der untere Teil 520 eines der Behälter 514 enthält einen Einlass 526, der mit einem Einlassteil 530 des unteren Teils 520 in Strömungsverbindung steht, und einen Auslass 534, der mit einem Auslassteil 536 des unteren Teils 520 in Strömungsverbindung steht. Wie gezeigt, sind die Einlassteile 530 und die Auslassteile 536 durch Prallflächen 524 voneinander getrennt. Des Weiteren trennen die Rippen 540, wie gezeigt, die Rohre 508, 512 im Wesentlichen wie zuvor beschrieben, und die mehreren 504, 506 der Rohre 508 sind übereinander gestapelt. Obgleich in der Darstellung ähnliche Rohre für zwei der Wärmeübertrager vorgesehen sind, kann eine verschiedene Rohrkonstruktion für jeden Fluidwärmeübertrager in der Anordnung verwendet werden.
  • Im Betrieb fließen Öle, und vorzugsweise zwei getrennte Öle wie Servolenkungs- oder Getriebeöl, durch die Einlässe 526 zu den Einlassteilen 530 des oberen und mittleren Teils 518, 522 ihres jeweiligen Endbehälters 514. Dann fließen die Öle durch mindestens eines der mehreren 504, 506 der Rohre 508 zu dem oberen und mittleren Teil 518, 522 des gegenüberliegenden Endbehälters 514. Danach fließen die Öle durch mindestens ein anderes der mehreren 504, 506 der Rohre 508 zu den Auslassteilen 536 des oberen und mittleren Teils 518, 522 des jeweiligen Endbehälters 514 und durch die jeweiligen Auslässe 534 hinaus. Darüber hinaus strömt ein drittes Fluid (zum Beispiel ein Kondensatorfluid) durch den Einlass 526 zum Einlassteil 530 des unteren Teils 520 seines jeweiligen Endbehälters 514 . Dann strömt das dritte Fluid durch mindestens eines der mehreren kleineren Rohre 512 zum unteren Teil 520 des gegenüberliegenden Endbehälters 514 . Danach strömt das dritte Fluid durch mindestens ein anderes der mehreren der kleineren Rohre 512 zum Auslassteil 536 des unteren Teils 520 des jeweiligen Endbehälters 514 und durch den Auslass 534 hinaus.
  • In 7 enthält der Wärmeübertrager 502 ein Paar äußerer Endbehälter 554, die jeweils einen ersten oder oberen Teil 558 und einen zweiten oder unteren Teil 560 aufweisen, welche durch Prallflächen 564 voneinander getrennt sind. Des Weiteren enthält der Wärmeübertrager 502 ein Paar innerer Endbehälter 566 . Sowohl der obere als auch der untere Teil 558, 560 eines der äußeren Behälter 554 enthält einen Öleinlass 568, der mit einem Einlassteil 570 des oberen und unteren Teils 558, 560 in Strömungsverbindung steht, und einen Ölauslass 574, der mit einem Auslassteil 576 des oberen und unteren Teils 558, 560 in Strömungsverbindung steht. Der obere Teil 558 eines der Behälter 554 enthält einen Einlass 568, der mit einem Einlassteil 570 des oberen Teils 558 in Strömungsverbindung steht, und einen Auslass 574, der mit einem Auslassteil 576 des oberen Teils 558 in Strömungsverbindung steht. Wie gezeigt, sind die Einlassteile 570 und die Auslassteile 576 durch Prallflächen 580 voneinander getrennt. Des Weiteren trennen Rippen 584, wie gezeigt, die Rohre 508, 512 im Wesentlichen wie zuvor beschrieben, und die mehreren 504, 506 der Rohre 508 liegen bezüglich einander nebeneinander.
  • Im Betrieb fließen Fluide, und vorzugsweise zwei getrennte Fluide wie Servolenkungs- oder Getriebeöl, durch die Einlässe 568 zu den Einlassteilen 570 der oberen Teile 558 ihrer jeweiligen Endbehälter 554 . Dann fließen die Öle durch mindestens eines der mehreren 504, 506 der Rohre 508 zu den inneren Endbehältern 566. Danach fließen die Öle durch mindestens ein anderes der mehreren 504, 506 der Rohre 508 zu den Auslassteilen 576 der oberen Teile 558 der jeweiligen Endbehälter 554 und durch die jeweiligen Auslässe 574 hinaus. Darüber hinaus strömt ein drittes Fluid (zum Beispiel ein Kondensatorfluid) durch den Einlass 568 zum Einlassteil 570 des unteren Teils 560 seines jeweiligen Endbehälters 554. Dann strömt das dritte Fluid durch mindestens eines der mehreren kleineren Rohre 512 zum unteren Teil 560 des gegenüberliegenden Endbehälters 554 . Danach strömt das dritte Fluid durch mindestens ein anderes der mehreren kleineren Rohre 512 zum Auslassteil 576 des unteren Teils 560 des jeweiligen Endbehälters 554 und durch den Auslass 574 hinaus.
  • Die vorliegende Erfindung kann durch Einsatz eines verbesserten passiven Umgehungssystems, den Einsatz einer verbesserten Prallfläche oder einer Kombination davon weiter optimiert werden.
  • Vorzugsweise enthält ein Wärmeübertrager gemäß der vorliegenden Erfindung mindestens ein Umgehungselement zur Definition eines Durchgangs zwischen einem ersten Strom eines Fluids und einem zweiten Strom des Fluids zur Abkürzung des Gesamtwegs, den das Fluid erwartungsgemäß gewöhnlich zurücklegt. Zum Beispiel kann ein erster Eintrittsstrom einen gewöhnlichen Strömungsweg besitzen, der ein eintretendes Fluid durch die gesamte für solch ein Fluid bestimmte Rohranordnung leiten würde. Der zweite Strom kann der Austrittsstrom des Fluids bei vollständiger oder teilweiser Beendigung des Durchströmens des Wärmeübertragers sein. Eine Umgehung für dieses Fluid würde dazu führen, dass der Fluidstrom an einer Zwischenstelle abgefangen und so umgeleitet wird, dass das Fluid nicht vollständig den Wärmeübertrager zu durchströmen braucht. Stattdessen kann es sofort Teil des Austrittsstroms werden.
  • Es versteht sich, dass der Einbau eines Umgehungselements in einen Mehrfluid-Wärmeübertrager besonders reizvoll ist, wenn die Fluide, die die jeweiligen verschiedenen Teile des Wärmeübertragers durchströmen sollen, verschiedene Strömungseigenschaften (entweder von einer Eigenfluideigenschaft oder infolge eines Betriebszustands, dem das Fluid ausgesetzt wurde, oder beides) aufweisen. Zum Beispiel kann unter bestimmten extremen Betriebsbedingungen (zum Beispiel Temperaturen unter 0°C oder bei Temperaturen über ca. 100°C) die Viskosität zwischen zwei verschiedenen Fluidarten stark variieren. Bei extremen Temperaturen zum Beispiel könnte ein Öl im Wesentlichen viskoser oder weniger viskos als ein anderes Öl sein. Das Öl braucht möglicherweise keinen Wärmeaustausch zum Zeitpunkt oder nahe des Zeitpunkts eines Kaltmotorstarts. Somit kann es wünschenswert sein, wenn vorgesehen werden kann, dass dieses Fluid den normalen Fluidweg durch seinen gesamten Wärmeübertrager umgeht, obgleich gleichzeitig ein anderes Fluid möglicherweise durch seinen jeweiligen Wärmeübertrager strömt. Die vorliegende Erfindung befasst sich mit diesem Erfordernis, indem ein Umgehungselement, insbesondere ein passives Umgehungselement, und besonders bevorzugt ein Umgehungselement, das keine aktive Konstruktion wie ein Ventil, ein Stellglied oder Elektronik zur Steuerung der Umgehungsfunktion einsetzt, bereitgestellt wird.
  • Ohne durch Theorie gebunden zu sein, basiert die Funktion des vorliegenden bevorzugten passiven Umgehungselements auf der Tatsache, dass verschiedene Fluide eines Mehrfluid-Wärmeübertragers verschiedene Strömungseigenschaften und sich ergebende Wärmeübertragerfordernisse aufweisen. Zum Beispiel ist ein Fluid höherer Viskosität in der Regel bei niedrigeren Temperaturen viskoser als ein Fluid niedrigerer Viskosität. Infolgedessen ist zum Leiten der Fluide mit höherer Viskosität durch die Rohre des Wärmeübertragers ein relativ großer Druckgradient erforderlich. Das Umgehungselement ist hinsichtlich seiner Konstruktion vorzugsweise dazu konfiguriert zu erkennen, dass solch ein Druckgradient gewöhnlich bestehen würde, und einen Druckgradienten zur Strömungsumleitung einzuführen, indem es den oben erwähnten abgekürzten Fluidweg bereitstellt.
  • Somit wird der bei Normalbetrieb im System normalerweise erwartete relativ große Druckgradient durch Bereitstellung eines alternativen abgekürzten Strömungswegs, der zur Bewirkung der Strömung des Fluids mit relativ geringer Viskosität durch den abgekürzten Strömungsweg ausgeführt ist, (teilweise oder vollständig) wiederholt.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird das Fluid mit steigender Temperatur des Fluids (zum Beispiel durch den Fahrzeugbetrieb) in der Regel weniger viskos. Dies führt dazu, dass der zur Strömung durch den Wärmeübertrager erforderliche Druckgradient verringert wird. Infolgedessen neigt das Fluid, das gewöhnlich den Umgehungsströmungsweg ausgesucht hätte, weniger dazu. Stattdessen strömt es durch die Rohre des Wärmeübertragers, wodurch eine Wärmeübertragung von dem Fluid gestattet wird. Somit gestattet das Umgehungselement passiv, dass mehr Fluid die Rohre des Wärmeübertragers umgeht, wenn das Fluid viskoser ist, hält aber höhere Strömungspegel durch die Rohre des Wärmeübertragers aufrecht, wenn das Fluid wärmer ist und einer Kühlung bedarf.
  • Gemäß bestimmten bevorzugten Aspekten der vorliegenden Erfindung wird mindestens ein Umgehungselement eingesetzt, um jedem verschiedenen Fluid zwecks Strömung durch den Wärmeübertrager zu entsprechen. Wenn zum Beispiel drei verschiedene Fluide durch ihre eigenen jeweiligen Teile des Wärmeübertragers strömen sollen, dann wären somit mindestens drei Umgehungselemente vorgesehen. Es können auch weniger Umgehungselemente eingesetzt werden. Zum Beispiel kann ein Umgehungselement von einem Kondensator weggelassen werden, aber für einen oder mehrere Wärmeübertrager für zusätzliche Fluide, die Teil der Gesamtwärmeübertrageranordnung sind, enthalten sein.
  • Das Umgehungselement kann an verschiedenen Stellen neben (zum Beispiel an oder in der Nähe einer Außenfläche) oder im Wärmeübertrager angeordnet sein. Die Umgehung befindet sich vorzugsweise im Wesentlichen, teilweise oder vollständig außerhalb der Komponenten des Wärmeübertragers.
  • Es kommt in Betracht, dass das Umgehungselement teilweise oder vollständig durch die Komponenten (das heißt die Endbehälter, die Rohre, die Prallflächen, die Rippen, die Einlässe, die Auslässe oder Kombinationen davon) des Wärmeübertragers definiert wird (zum Beispiel integral mit ihnen ausgebildet ist). Als Alternative dazu kann die Umgehung jedoch auch teilweise oder vollständig durch Anordnungen oder Glieder definiert werden, die an den Komponenten des Wärmeübertragers befestigt oder integral mit ihnen ausgebildet oder dies nicht sind. Glieder oder Anordnungen zum Definieren der Umgehung können in Abhängigkeit von ihrer Position aus den verschiedensten Materialien hergestellt sein. Vorzugsweise sind die Glieder oder Anordnungen aus Materialien hergestellt, die mit Materialen kompatibel sind (zum Beispiel aus dem gleichen Material sind), die die Komponenten des Wärmeübertragers bilden. Ein besonders bevorzugtes Material ist ein Metall, wie zum Beispiel Aluminium.
  • Nunmehr auf die Zeichnungen Bezug nehmend, um gewisse beispielhafte Umgehungselementkonstruktionen ausführlicher darzustellen, wird insbesondere 8B in ein Teil eines Wärmeübertragers 1070 mit einem Umgehungselement 1072 dargestellt, das durch ein an einem Endbehälter 1076 des Wärmeübertragers 1070 außerhalb des Endbehälters 1076 befestigtes Umgehungsglied 1074 definiert wird. Wie gezeigt, ist das Umgehungsglied 1074 (das ohne Einschränkung darauf als allgemein blockförmig dargestellt ist, aberjede beliebige geeignete Form aufweisen kann) so konfiguriert, dass es einen Einlass 1080 in den Endbehälter 1076 und einen Auslass 1082 aus dem Endbehälter 1076 definiert. Das Umgehungselement 1072 stellt ein dimensioniertes Durchgangsloch 1086 zwischen dem Einlass 1080 und dem Auslass 1082 bereit oder definiert dieses, um einen abgekürzten Fluidweg zu bilden. Bei der dargestellten Ausführungsform ist das Durchgangsloch 1086, obgleich dies nicht in jedem Fall zwingend notwendig ist, so definiert, dass es einen ersten Teil (zum Beispiel einen größeren zylindrischen Teil 1090) und einen zweiten Teil, der bezüglich des ersten Teils eingeschränkt ist (zum Beispiel einen kleineren zylindrischen Teil 1092) enthält. Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform variieren die Querschnittsflächen des ersten und des zweiten Teils, so dass das Verhältnis der Querschnittsflächen des größeren zum kleineren Teil ca. 10:1 bis ca. 1,1:1 beträgt. Vorzugsweise weist der kleinere zylindrische Teil 92 eine Länge (L) und einen Durchmesser (d) auf, so dass das Verhältnis von Länge zu Durchmesser (L/d) zwischen ca. 5 und ca. 20 und besonders bevorzugt zwischen 8,5 und 12,7 liegt. Die Umgehung kann einen abgewinkelten Strömungsdurchgang enthalten, der zwischen 90 Grad und 180 Grad bezüglich der Richtung der Einlassströmung liegt. Natürlich können sich die Querschnitte allmählich ändern (wie zum Beispiel bei einem Trichter) oder in abgestuften Inkrementen, wie gezeigt.
  • Das Umgehungsglied 1074 kann gemäß den verschiedensten Techniken wie Formen, maschinelle Bearbeitung oder dergleichen hergestellt sein. Gemäß der gezeigten bevorzugten Ausführungsform wird das Glied 1074 als ein Aluminiumblock bereitgestellt, der maschinell bearbeitet (zum Beispiel gebohrt) ist, um seinen Einlass 1080, seinen Auslass 1082 und sein Durchgangsloch 1086 auszubilden. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform werden zwei Durchgangslöcher 1096, 1098 durch ein Maß (zum Beispiel eine Breite) des Glieds 1074 gebohrt, um den Einlass 1080 und den Auslass 1082 auszubilden. Danach wird das Durchgangsloch 1086 für die Umgehung 1072 durch ein anderes Maß (zum Beispiel eine Länge) des Glieds 1074 so gebohrt, dass die Umgehung 1072 die Durchgangslöcher 1096, 1098 des Einlasses 1080 und des Auslasses 1082 miteinander verbindet. Gemäß dieser Technik kann es wünschenswert sein, einen Stopfen 1102 zu installieren, um einen Teil 1104 des beim Bohren der Umgehung 1072 gebildeten Durchgangslochs 1086 zu verschließen. Bei bevorzugten Ausführungsformen können der Einlass 1080 und der Auslass 1082 so geformt (zum Beispiel maschinell bearbeitet) sein, dass sie an ihren Enden Gewindeteile 1108 zur Aufnahme eines oder mehrerer (nicht gezeigter) Verbinder zwischen dem Endbehälter 1076 und dem Glied 1074 oder zwischen dem Glied und den (nicht gezeigten) Einlass- und Auslassschläuchen enthalten.
  • Im Betrieb und erneut auf 8 Bezug nehmend, tritt das Fluid, vorzugsweise ein Öl, wie zum Beispiel Getriebeöl, Servolenkungsöl oder dergleichen, durch den Einlass 1080 in den Wärmeübertrager 1070 ein und verlässt ihn durch den Auslass 1082 . Demgemäß hat das Fluid zwei Möglichkeiten: Es kann durch einen von zwei Wegen vom Einlass 1080 zum Auslass 1082 strömen. Bei einem der Wege strömt das Fluid durch den Einlass 1080 zu einem Auslassteil 1116 des Endbehälters 1076 des Wärmeübertragers 1070, dann durch mehrere Rohre 1120 des Wärmeübertragers 1070 zu einem Auslassteil 1124 des Endbehälters 1076 und durch den Auslass 1082 hinaus. Bei dem anderen Weg strömt das Fluid durch einen Teil des Einlasses 1080, dann durch das Umgehungselement 1072 und durch einen Teil des Auslasses 1082 hinaus. Somit umfasst ein bevorzugtes Verfahren der vorliegenden Erfindung die Bereitstellung eines Mehrfluid-Wärmeübertragers zur Wärmeübertragung mindestens eines ersten bzw. eines zweiten Fluids durch einen ersten und zweiten Teil des Wärmeübertragers. Das erste Fluid weist bei einer gegebenen Temperatur eine höhere Viskosität als das zweite Fluid auf. Das erste Fluid wird durch ein passives Umgehungselement geleitet, das einen abgekürzten Fluidweg enthält, der das Erfordernis eines Leitens des ersten Fluids durch den ersten Teil des Wärmeübertragers vermeidet. Das zweite Fluid wird durch den zweiten Teil des Wärmeübertragers geleitet. Bei Verringerung der Viskosität des ersten Fluids, strömt es durch den ersten Teil des Wärmeübertragers statt durch den abgekürzten Fluidweg.
  • Die Konstruktion des Umgehungselements kann in Abhängigkeit von den Bedürfnissen einer beabsichtigten Anwendung, Herstellungszwängen oder dergleichen variieren. Zur Veranschaulichung wird unter Bezugnahme auf 8(A) ein alternatives Umgehungselement gezeigt, das eine leichte Herstellung gestattet. Insbesondere kommt in Betracht, dass ein Umgehungselement 1130 durch schräges Querbohren oder durch einen anderen Prozess zur maschinellen Bearbeitung oder Materialabnahme von einem Einlass 1138 zu einem Auslass 1140 ausgebildet werden kann. Aufgrund des gewählten Bohrwegs bietet dieser Ansatz den Vorteil, dass keine maschinelle Bearbeitung anderer Teile eines Basisglieds 1142, das das Umgehungselement 1130 definiert, erforderlich ist. Die besondere winkelförmige Konfiguration kann nach Wunsch variiert werden, vorausgesetzt es ergibt sich der zum Erreichen der Umgehungsfunktion erwünschte Druckabfall. Wie gezeigt, werden zum Beispiel eine erste Öffnung 1144 und eine zweite Öffnung 1146 (zum Beispiel symmetrisch oder asymmetrisch) in einem Winkel in das Glied 1116 gebohrt. Vorzugsweise bilden die erste Öffnung 1144 und die zweite Öffnung 1146 zusammenwirkend einen Durchgang der Umgehung 1130 .
  • Es liegen auch andere Ausführungsformen von Umgehungen im Schutzbereich der vorliegenden Erfindung, die die zusätzlichen bevorzugten Ausführungsformen, die in der folgenden Besprechung beschrieben werden, enthalten aber nicht darauf beschränkt sind. Es versteht sich, dass Betriebsgrundlagen der im Folgenden beschriebenen Ausführungsformen mit dem Wärmeübertrager 1070 und der Umgehung 1086 von 8 im Wesentlichen identisch sind und die Beschreibung jener allgemeinen Aspekte auch auf die Ausführungsformen in der folgenden Besprechung zutrifft. Deshalb konzentriert sich die Beschreibung der Ausführungsformen mehr auf einzigartige Konstruktionsmerkmale der Ausführungsformen, um eine Wiederholung zu vermeiden.
  • Unter Bezugnahme auf die 9(A)-9(B) kommt in Betracht, dass das Umgehungselement eine röhrenförmige Konstruktion aufweisen kann, die zu einem Einlass und einem Auslass des Wärmeübertragers konfiguriert ist. Es wird ein Umgehungselement 1210 dargestellt, das zumindest teilweise aus einer röhrenförmigen Konstruktion 1212 gebildet wird, die sich zwischen einem Einlass 1214 und einem Auslass 1216 erstreckt. Wie gezeigt, sind der Einlass 1214 und der Auslass 1216 an einem Endbehälter 1222 befestigt, und die röhrenförmige Konstruktion 1212 stellt einen Durchgang 1224 des Umgehungselements 1210 bereit, der mit Durchgangslöchern 1226, 1228 des Einlasses 1241 bzw. des Auslasses 1216 in Strömungsverbindung steht.
  • Bei alternativen Ausführungsformen kommt in Betracht, dass ein Glied an einer Wand einer sich außerhalb des Wärmeübertragers befindenden Komponente befestigt sein kann, um zusammenwirkend mit der Wand der Komponente eine Umgehung zu bilden. Auf die 10(A)-10(C) Bezug nehmend, wird ein Umgehungselement 1400 dargestellt, das aus einem Endbehälter 1252 und einem Glied 1404 gebildet ist, das an einer Wand 1258 des Endbehälters 1252 außerhalb des Endbehälters 1252 angebracht (zum Beispiel geschweißt, gelötet, befestigt oder dergleichen) ist. Vorzugsweise ist das Glied 1404 ein Aluminiumblock mit einem durch maschinelle Bearbeitung oder auf andere Weise geformten vertieften Teil 1412 . Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird der vertiefte Teil 1412 des Aluminiumblockglieds 1404 durch Fräsen geformt. Vorzugsweise erstreckt sich der vertiefte Teil 1412 von einem Einlass 1416 zu einem Auslass 1418 eines Wärmeübertragers. Wie gezeigt, definieren der Vertiefungsteil 1412 und die Wand 1258 des Endbehälters 1252 zusammenwirkend einen Durchgang 1424 des Umgehungselements 1400, der sich vom Einlass 1416 zum Auslass 1418 erstreckt.
  • In 8 erstreckt sich der Umgehungsfluidweg im Wesentlichen senkrecht zur Strömungsrichtung des Fluids durch den Einlass 1080. Bei gewissen stark bevorzugten Ausführungsformen kommt jedoch in Betracht, dass ein Wärmeübertrager ein Umgehungselement enthalten kann, das bezüglich einer Strömungsrichtung des Fluids geneigt oder abgewinkelt ist, um die die, Umgehung durchströmende Fluidströmung zu vergrößern oder zu verkleinern. Zur Vergrößerung der Strömung ist die Umgehung abgewinkelt, und zwar insbesondere am Eingang zur Umgehung, und erstreckt oder neigt sich dann zumindest teilweise mit der Fluidströmungsrichtung durch eine Komponente wie einen Einlass des Wärmeübertragers. Zur Verkleinerung der Strömung ist die Umgehung abgewinkelt, und zwar insbesondere am Eingang zur Umgehung, und erstreckt oder neigt sich dann zumindest teilweise gegenüber der Fluidströmungsrichtung durch eine Komponente wie einen Einlass des Wärmeübertragers. Darüber hinaus können ein oder mehrere Vorsprünge neben den Eingängen oder dem Ausgang einer Umgehung angeordnet sein, um die Strömung durch das Umgehungselement zu vergrößern oder zu verkleinern. Des Weiteren versteht sich, dass das Umgehungselement nicht unbedingt direkt am Endbehälter befestigt zu sein braucht, sondern vom Endbehälter, außerhalb des Endbehälters, beabstandet sein kann.
  • Auf die 11(A)-11(B) Bezug nehmend, wird ein Glied 1500 dargestellt, das an einem Endbehälter 1502 eines Wärmeübertragers angebracht (zum Beispiel geschweißt, gelötet, befestigt oder dergleichen) ist, wobei das Glied 1500 ein Umgehungselement 1504 enthält (siehe 11B), das zur Verkleinerung der Strömung durch das Umgehungselement 1504 abgewinkelt ist. Das Glied 1500 enthält einen Einlass 1508, der ein Einlassdurchgangsloch 1510 definiert, das in Strömungsverbindung mit einem Einlassteil 1524 des Endbehälters 1502 steht, und einen Auslass 1518, der ein Ausgangsdurchgangsloch 1520 definiert, das in Strömungsverbindung mit einem Auslassteil 1526 des Endbehälters 1502 steht. Das Umgehungselement 1504 definiert einen Durchgang 1530 zwischen dem Einlass 1508 und dem Auslass 1518, der diese verbindet, und stellt eine Strömungsverbindung zwischen ihren jeweiligen Durchgangslöchern 1510, 1520 bereit. Vorzugsweise stützt das Glied 1500 einen ersten Vorsprung 1536, der sich in das Durchgangsloch 1510 des Einlasses 1508 neben einem Eingang des Umgehungselements 1504 erstreckt, und einen zweiten Vorsprung 1538, der sich in das Durchgangsloch 1520 des Auslasses 1518 neben einem Ausgang des Umgehungselements 1504 erstreckt.
  • Bei Fluidströmung strömt Fluid in einer ersten Richtung 1540 durch den Einlass 1508 und in einer zweiten Richtung 1542 durch den Auslass 1518. Wie gezeigt, strömt mindestens ein Teil des Fluids durch die Umgehung 1504, Vorzugsweise ist das Umgehungselement 1504 so abgewinkelt, dass es sich in einer Richtung 1544 erstreckt oder neigt, die der Strömungsrichtung 1540 durch den Einlass 1508 zumindest teilweise entgegengesetzt ist. Wie gezeigt, strömt der Teil des Fluids durch die Umgehung 1504, am ersten Vorsprung 1536 vorbei, kehrt dann die Richtung zumindest teilweise um und strömt durch das Umgehungselement 1504 in den Auslass 1518 und am zweiten Vorsprung 1538 vorbei.
  • Vorteilhafterweise können bei Ausführungsformen, bei denen eine begrenzte Strömung durch eine Umgehung erwünscht ist, die Vorsprünge 1536, 1538 und der Winkel des Umgehungfluidwegs das Strömungsausmaß durch das Umgehungselement 1504 reduzieren. Insbesondere neigt der erste Vorsprung 1536 dazu, den Druck am Eingang des Umgehungselements 1504 zu verringern, und der zweite Vorsprung 1536 neigt dazu, den Druck am Ausgang des Umgehungselements 1504 zu erhöhen, so dass das das Fluid durch das Umgehungselement 1504 treibende Druckdifferential geringer ist, was zu einer geringeren Strömung durch das Umgehungselement 1504 führt. Darüber hinaus ist ein stärkerer Druck erforderlich, um die Richtung des Fluids zu ändern und es durch die abgewinkelte Umgehung 1504 zu schicken, was auch die Strömung durch das Umgehungselement 1504 verringert. Als zusätzlicher Vorteil neigen der Vorsprung 1536, 1538 und der Winkel des Fluidwegs im Umgehungselement 1504 dazu, eine größere Disparität zwischen der durch die Umgehung strömenden Fluidmenge, wenn das Fluid kälter ist (wie in 11(B) gezeigt), und der durch die Umgehung strömenden Fluidmenge, wenn das Fluid wärmer ist (wie in 11(C) gezeigt), zu erzeugen.
  • Bei noch weiteren Ausführungsformen der Erfindung kommt in Betracht, dass ein Wärmeübertrager ein oder mehrere Umgehungsrohre aufweisen kann, die die weiter oben beschriebene passive Umgehungsfunktion für den Wärmeübertrager durchführen. Bei solchen Ausführungsformen ist das Umgehungsrohr in der Regel so konfiguriert, dass durch das Umgehungsrohr strömendes Fluid an weniger Wärmeaustausch beteiligt ist als durch andere Rohre des Wärmeübertragers strömendes Fluid (die hier als Wärmeaustauschrohre bezeichnet werden). Somit ist ein hydraulischer Durchmesser des Umgehungsrohrs in der Regel größer als ein hydraulischer Durchmesser des Wärmeaustauschrohrs. Und somit wird in der Regel ein geringeres Druckdifferential erfordert, um Strömung durch ein Umgehungsrohr zu bewirken, als beim Wärmeaustauschrohr.
  • Auf die 12(A)-12(B) Bezug nehmend werden Ausführungsformen von Wärmeübertragern 1600, 1602 dargestellt, die ein oder mehrere Umgehungsrohre 1610 und ein oder mehrere Wärmeaustauschrohre 1612 aufweisen. In 12(A) handelt es sich bei dem Wärmeübertrager 1600 um einen zweizügigen Wärmeübertrager (zum Beispiel muss ein bei Eintritt in den Wärmeübertrager durch ein erstes Rohr strömendes Fluid zum Verlassen des Wärmeübertragers durch ein zweites Rohr strömen). In 12(B) handelt es sich bei dem Wärmeübertrager um einen einzügigen Wärmeübertrager (zum Beispiel muss das Fluid bei Eintritt in den Wärmeübertrager nur durch ein Rohr strömen, um den Wärmeübertrager zu verlassen).
  • Bei der bevorzugten Ausführungsform weisen die Umgehungsrohre 1610 einen größeren hydraulischen Durchmesser auf als die Wärmeaustauschrohre 1612. Obgleich der hydraulische Durchmesser gemäß den verschiedensten Techniken vergrößert oder verkleinert werden kann, weisen die Umgehungsrohre 1610 vorzugsweise einen größeren hydraulischen Durchmesser auf, da sie weniger Teiler zum Unterteilen von Durchgängen der Rohre 1610 in Teile aufweisen.
  • Gemäß einer anderen Ausführungsform kann eine Umgehung in einer Prallfläche eines Wärmeübertragers ausgebildet sein. Auf 13 Bezug nehmend, wird ein Wärmeübertrager 1650 dargestellt, dessen Umgehungsöffnung 1652 in einer Prallfläche 1654 ausgebildet ist. Wie zu sehen, stellt die Prallfläche 1654 einen Durchgang 1658 der Umgehungsöffnung 1652 bereit, welcher mit einem Einlassteil 1666 und einem Auslassteil 1668 eines Endbehälters 1670 des Wärmeübertragers 1650 in Strömungsverbindung steht.
  • Die vorliegende Erfindung soll nicht auf das Vorsehen nur einer passiven Umgehung beschränkt sein, sondern kann auch die Verwendung einer passiven Umgehung in Kombination mit einem aktiven Umgehungselement (zum Beispiel einschließlich einem Ventil), einem elektronisch gesteuerten Umgehungselement oder beidem umfassen. Die letzteren aktiven oder elektronisch gesteuerten Umgehungselemente können auch alleine verwendet werden.
  • Auf die 14(A)-14(B) Bezug nehmend wird ein Wärmeübertrager 1700 zum Kühlen eines Fluids, wie zum Beispiel eines Öls (zum Beispiel Getriebeöl, Servolenkungsöl oder dergleichen) dargestellt. Vorteilhafterweise enthält der Wärmeübertrager ein beispielhaftes Umgehungselement 1702, das dazu in der Lage ist, Fluidströmung durch das Umgehungselement 1702 im Wesentlichen zu verhindern, wenn die Fluidtemperatur relativ hoch ist, aber Fluidströmung durch das Umgehungselement 1702 gestattet, wenn die Fluidtemperatur relativ gering ist.
  • Bei der bevorzugten Ausführungsform ist ein Glied 1704 (zum Beispiel ein Aluminiumblock) vorgesehen, und das Glied 1704 enthält einen Durchgang 1706, der mit einem Einlass 1710 und einem Auslass 1714 des Wärmeübertragers 1700 in Strömungsverbindung steht. Wie gezeigt, enthält der Durchgang 1706 eine Kammer 1718, ein erstes Durchgangsloch 1722 und ein zweites Durchgangsloch 1724 . Das erste Durchgangsloch 1722 steht mit der Kammer 1718 und dem Einlass 1710 in Strömungsverbindung. Das zweite Durchgangsloch 1724 steht mit der Kammer 1718 und dem Auslass 1714 in Strömungsverbindung.
  • Bei alternativen Ausführungsformen kann der Durchgang 1706 gemäß verschiedenen Konfigurationen ausgebildet sein. Zum Beispiel können Durchgangslöcher des Durchgangs 1706 mit einem Einlassteil 1730 und einem Auslassteil 1734 eines Endbehälters 1738 des Wärmeübertragers 1700 in Strömungsverbindung stehen. Bei anderen beispielhaften Ausführungsformen ist die Kammer 1718 weggelassen.
  • Gemäß der gezeigten bevorzugten Ausführungsform enthält das Umgehungselement 1702 darüber hinaus eine in der Kammer 1718 angeordnete Anordnung 1740, die Fluidströmung durch das Umgehungselement 1702 gezielt und im Wesentlichen verhindern soll. Wie gezeigt, enthält die Anordnung 1740 ein an einer oder mehreren Stützkonstruktionen 1748 befestigtes Stellglied 1744 und ein Stopfenglied 1752, das durch das Stellglied 1744 zwischen mindestens einer ersten Stellung (in 14(A) gezeigt) und einer zweiten Stellung (in 14(B) gezeigt) betätigt werden kann.
  • Bei der bevorzugten Ausführungsform sind die Stützkonstruktionen 1748 am Glied 1704 und wiederum am Stellglied 1744 befestigt, um das Stellglied 1744 in der Kammer 1718 zu stützen. Es kommt in Betracht, dass die Stützkonstruktionen 1748 in den verschiedensten Konfigurationen und Formen zum Stützen des Stellglieds 1744 vorgesehen sein können. Wie in den 14(A) und 14(B) gezeigt, enthält jede der Stützkonstruktionen 1748 einen sich verschiebbar durch (nicht gezeigte) Durchgangslöcher in Teilen 1760 des Stellglieds 1744 und Löcher im Stopfenglied 1752 erstreckenden Körperteil 1756 . Vorzugsweise enthalten die Stützkonstruktionen 1748 weiterhin einen Kappenteil 1764, der ein Herunterrutschen des Stellglieds 1744 vom Körperteil 1756 verhindern soll.
  • Darüber hinaus ist das Stellglied 1744 bei der bevorzugten Ausführungsform gegen das Glied 1752 vorbelastet, um das Glied 1752 gegen eine Wand 1768 der Kammer 1718 zu drücken. Es kommt in Betracht, dass das Stellglied 1744 in den verschiedensten Konfigurationen zum Vorbelasten des Glieds 1752 vorgesehen sein kann. In den 14(A) und 14(B) wird das Stellglied 1744 als eine Feder (zum Beispiel eine Blattfeder) gezeigt, deren Teile 1760 so an den Stützkonstruktionen 1765 befestigt sind, dass ein vorragender Teil 1770 des Stellglieds 1744 gegen eine erste Fläche 1774 des Stopfenglieds 1752 vorbelastet ist.
  • Im Betrieb strömt Fluid durch den Einlass 1710 zum Einlassteil 1730 des Endbehälters 1738. Danach strömt das Fluid durch Rohre 1780 des Wärmeübertragers 1700 zum Auslassteil 1734 des Endbehälters 1738 und durch den Auslass 1714 hinaus. Zum Antreiben solch einer Strömung wird zwischen in den Wärmeübertrager 1700 hinein strömendem Fluid und aus dem Wärmeübertrager 1700 heraus strömendem Fluid ein Druckdifferential erzeugt. In der Regel ist dieses Druckdifferential im Vergleich zum Druckdifferential bei wärmerem Fluid höher, wenn das Fluid kalt ist. Vorzugsweise wird dieses Druckdifferential auch an der Umgehung 1702 erzeugt, und in Abhängigkeit von der Größe des Druckdifferentials kann mindestens ein Teil des Fluids durch die Umgehung 1702 strömen.
  • Insbesondere liegt das Stellglied 1744 eine Kraft an das Glied 1752 an, wodurch eine Fläche 1780 des Stopfenglieds 1752 gegen die Wand 1768 der Kammer 1718 gedrückt wird. Wenn die Höhe des Druckdifferentials unter einem vorbestimmten Schwellwert liegt (das heißt wenn das Fluid wärmer ist), hält das Stellglied 1744 die Fläche 1780 des Stopfenglieds 1752 im Wesentlichen bündig gegen die Wand 1768 der Kammer 1718 (wie in 14(A) gezeigt). Die Fläche 1780 des Stopfenglieds 1752 bedeckt wiederum das Durchgangsloch 1722 des Durchgangs 1706 und verhindert im Wesentlichen eine Fluidströmung durch das Umgehungselement 1702. Wenn jedoch die Höhe des Druckdifferentials über einem vorbestimmten Schwellwert liegt, überwindet das Druckdifferential die durch das Stellglied 1744 an das Glied 1752 angelegte Kraft und bewegt die Glieder 1752 von der Wand 1768 der Kammer 1718 weg, wodurch gestattet wird, dass ein wesentli eher Teil des Fluids durch den Durchgang 1706 strömt und die Rohre 1790 des Wärmeübertragers 1700 umgeht (wie in 14(B) gezeigt). Bei einer stark bevorzugten Ausführungsform kann das Glied 1752 ein kleines Lüftungsloch (nicht gezeigt) enthalten, um eine wesentlichen Fluidmenge in der Kammer 1718 des Durchgangs 1706 zu halten, ohne eine wesentliche Strömung durch den Durchgang 1706 zu gestatten.
  • Vorteilhafterweise kann das Stellglied 1744 so gewählt werden, dass es den vorbestimmten Schwellwert des Druckdifferentials in Abhängigkeit von dem bestimmten Fluid, das durch den Wärmeübertrager strömen soll, und von der Konfiguration des bestimmten Wärmeübertragers bestimmt. Darüber hinaus kann ein Umgehungselement so konfiguriert sein, dass ein fast beliebiger gewünschter Teil (zum Beispiel sämtliche, die Hälfte oder dergleichen) der Fluidströmung durch die Umgehung verläuft, wenn das Glied Fluidströmung durch die Umgehung gestattet.
  • Es versteht sich, dass die hier offenbarten Umgehungsmerkmale unter besonderer Bezugnahme auf ihre Verwendung in einem Mehrfluid-Wärmeübertrager dargestellt worden sind. Sie finden jedoch auch in Einfluid-Wärmeübertragern Anwendung. Demgemäß sieht die vorliegende Erfindung auch einen Einfluid-Wärmeübertrager und seinen Betrieb, einschließlich einem Umgehungsmerkmal, vor.
  • Gemäß einem besonderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird bevorzugt, dass eine etwaig eingesetzte Prallfläche allgemein scheibenförmig ist (oder auf andere Weise einem Inneren des Abschnitts, in dem sie eingeführt ist, allgemein angepasst ist) und eine erste im Wesentlichen planare nach außen weisende Fläche gegenüber (entweder in einer Abstands- oder in einer Kontaktbeziehung zu) einer zweiten im Wesentlichen planaren nach außen weisenden Fläche aufweist. Vorzugsweise enthält die Prallfläche einen mittleren Teil und einen Flanschumfangsteil. Der Umfangsteil ist vorzugsweise dicker als der mittlere Teil und weist ein hantelartiges oder X-förmiges Profil zur Bereitstellung eines Umfangskanals auf. Das Verhältnis der durchschnittlichen Dicke (tM) des mittleren Teils 156 bezüglich der mittleren Dicke (tU) des Umfangsteils 158 liegt vorzugsweise zwischen ca. 0,1:1 und ca. 1:1 und besonders bevorzugt ca. 0,7:1 und ca. 0,9:1. Das Verhältnis der mittleren Dicke des Umfangsteils zum Durchschnittsdurchmesser (oder einer entsprechenden Querschnittsabmessung) eines Endbehälters oder einer anderen Konstruktion, in die er eingeführt ist, liegt an der erwünschten Prallflächenstelle zwischen ca. 1:3 und ca. 1:7 und beträgt vorzugsweise ca. 1:5.
  • Obgleich auch andere Prallflächen eingesetzt werden können, wird bevorzugt, diese Prallflächenart einzusetzen, da sie Flexibilität bei der Montage bietet und dazu beiträgt, zu gewährleisten, dass tote Rohre oder andere Rohrineffizienzen vermieden werden.
  • Eine andere bevorzugte Prallfläche ist zur Bereitstellung einer Leckageerfassung oder sonstigen Gewährleistung der Dichtungsunversehrtheit ausgeführt. Bei diesem Ansatz ist der Umfangskanal einer Prallfläche im Wesentlichen neben einer Öffnung in einem Endbehälter und des Weiteren vorzugsweise mit einem Abstand zwischen den Rohren angeordnet. Jegliches Fluid, das auf ein Leck hindeutet, tritt in den Kanal ein und tritt aus der Endbehälteröffnung aus.
  • Wenn nicht anders angegeben, sollen Abmessungen und Geometrien der verschiedenen hier dargestellten Konstruktionen die Erfindung nicht einschränken, und es sind auch andere Abmessungen und Geometrien möglich. Mehrere strukturelle Komponenten können durch eine einzige integrierte Konstruktion vorgesehen werden. Als Alternative dazu kann eine einzige integrierte Konstruktion in mehrere getrennte Komponenten unterteilt sein. Obgleich ein Merkmal der vorliegenden Erfindung möglicherweise im Kontext von nur einer der dargestellten Ausführungsformen beschrieben worden ist, könnte solch ein Merkmal auch mit einem oder mehreren anderen Merkmalen anderer Ausführungsformen für jede beliebige gegebene Anwendung kombiniert werden.

Claims (17)

  1. Wärmeübertrager (10,400,402), der Folgendes umfasst: einen ersten Endbehälter (12,420,514,554); einen zweiten Endbehälter gegenüber dem ersten Endbehälter; mehrere erste Rohre (408), die mit dem ersten und dem zweiten Endbehälter in Strömungsverbindung stehen, wobei die mehreren ersten Rohre (408) so ausgeführt sind, dass ein Fluidstrom durch sie hindurch verläuft, und mit einem ersten Endrohr (404), das ein Ende (412) des Wärmeübertragers (400, 402) definiert; mehrere zweite Rohre (408), die mit dem ersten und dem zweiten Endbehälter in Strömungsverbindung stehen, wobei die mehreren zweiten Rohre (408) so ausgeführt sind, dass ein Fluidstrom durch sie hindurch verläuft, und mit einem zweiten Endrohr (404), das ein Ende (414) des Wärmeübertragers (400, 402) definiert; wobei die mehreren ersten und zweiten Rohre (28, 30) mehrere gekrümmte Ränder (54) aufweisen; mehrere Rippen (34), die zwischen den ersten und den zweiten Rohren (408) angeordnet sind, wobei die ersten und die zweiten Rohre (408) und die Rippen allgemein koplanar bezüglich einander sind und wobei die mehreren Rippen (34) mehrere Vorsprünge (56) gegenüber den mehreren gekrümmten Rändern (54) der Rohre (28, 30) aufweisen, die während der Montage für Stabilität der Rohre (28, 30) bezüglich der Rippen (34) sorgen; und wobei das erste und/oder zweite Endrohr (404) an den Endbehältern befestigt und vom Fluidstrom abgegrenzt ist.
  2. Wärmeübertrager nach Anspruch 1, bei dem der erste Endbehälter (12, 420, 514, 554) und der zweite Endbehälter (12, 420, 514, 554) jeweils mindestens eine Prallfläche (18, 524, 564) enthalten.
  3. Wärmeübertrager nach Anspruch 1 oder 2, bei dem jedes der mehreren Rohre (70, 100, 102, 104, 200, 202, 230) einen Durchgang (74, 110, 210, 232) enthält und der Durchgang (74, 110, 210, 232) Teiler (72, 120, 140, 150) enthält, die den Durchgang (74, 110, 210, 232) in mehrere Teildurchgänge (76, 112, 114, 212, 234) unterteilen.
  4. Wärmeübertrager nach Anspruch 3, bei dem die mehreren Teildurchgänge (112, 114) jeweils mindestens einen größeren Teildurchgang (112) und mindestens einen kleineren Teildurchgang (114) enthalten, so dass jedes Rohr (100, 102, 104) eine passive Umgehungsfunktion durchführt.
  5. Wärmeübertrager nach Anspruch 3 oder 4, bei dem die Teiler (72, 120, 140, 150) Rippen (80) enthalten.
  6. Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die ersten Rohre (508) größer sind als die zweiten Rohre (512).
  7. Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem es sich bei dem ersten Fluid um ein Öl und bei dem zweiten Fluid um ein Kältemittel handelt.
  8. Wärmeübertrager nach Anspruch 3 oder 4, bei dem ein Einsatz (238) in mindestens einem der mehreren Durchgänge (234) angeordnet ist.
  9. Wärmeübertrager nach Anspruch 3 oder 4, bei dem mindestens einer der mehreren Durchgänge (114, 212) über einen anderen der mehreren Durchgänge (114, 212) gestapelt ist.
  10. Wärmeübertrager nach Anspruch 2, bei dem die mindestens eine Prallfläche (18, 524, 564) einen mittleren Teil und einen Umfangsflanschteil enthält.
  11. Wärmeübertrager nach Anspruch 1, bei dem das erste Endrohr (404) und das zweite Endrohr (404) im Wesentlichen identisch mit den mehreren zweiten Rohren (408) sind.
  12. Wärmeübertrager nach Anspruch 1 oder 11, bei dem das erste Endrohr (404) und das zweite Endrohr (404) von einer Strömungsverbindung mit dem ersten Fluid und dem zweiten Fluid abgegrenzt sind.
  13. Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die ersten Rohre (28, 70, 100, 102, 104, 200, 202, 408, 504, 1120, 1612, 1790) eine Länge und einen hydraulischen Durchmesser aufweisen, wobei ein Verhältnis der Länge zum hydraulischen Durchmesser zwischen ca. 80 und ca. 1820 liegt.
  14. Wärmeübertrager nach Anspruch 13, bei dem die Länge zwischen ca. 200 mm und ca. 1000 mm und der hydraulische Durchmesser zwischen ca. 0,55 und ca. 2,50 mm liegt.
  15. Wärmeübertrager nach Anspruch 1, bei dem mindestens ein Rand der ersten Rohre (28) oder der zweiten Rohre (30) nicht gekrümmt ist.
  16. Wärmeübertrager nach Anspruch 1, bei dem alle Ränder (54) der ersten Rohre (28) und der zweiten Rohre (30) gekrümmt sind.
  17. Wärmeübertrager nach Anspruch 7, bei dem das Verhältnis der inneren zur äußeren Mantelfläche eines Ölkühlers größer ist als das Verhältnis der inneren zur äußeren Mantelfläche eines Kondensators.
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