DE19814029B4

DE19814029B4 - Wärmetauscher mit integriertem Ausgleichsbehälter

Info

Publication number: DE19814029B4
Application number: DE19814029A
Authority: DE
Inventors: Jeff J. Fond du Lac Morman; Lloyd Morely; Mike J. Andrie
Original assignee: Cummins Inc
Current assignee: Cummins Inc
Priority date: 1997-04-15
Filing date: 1998-03-30
Publication date: 2005-11-03
Anticipated expiration: 2018-03-31
Also published as: GB2324367B; US6123144A; GB2324367A; GB9803241D0; DE19814029A1

Abstract

Wärmetauscher (10) mit einer integrierten Ausgleichskammer (38) und einem gemeinsamen Gehäuse (14), wobei die Ausgleichskammer (38) in einem oberen Teil des Gehäuses (14) ausgebildet ist und wobei der Wärmetauscher (10) aufweist:
eine Kühlmittelsammelkammer (40), die in einem unteren Teil des Gehäuses (14) ausgebildet ist;
einen Wärmetauscherkern (20), der in dem Gehäuse (14) oberhalb der Kühlmittelsammelkammer (40) und mindestens teilweise unterhalb der Ausgleichskammer (38) im wesentlichen horizontal eingebaut ist;
einen Kühlmittelkanal (C), der in Fluidverbindung mit der Ausgleichskammer (38) und mit der Kühlmittelsammelkammer (40) steht;
einen Hauptkühlmitteleinlasskanal (16); und
einen Durchlass (42) in dem Kühlmittelkanal (C), der unter dem Wärmetauschkern (20) angeordnet ist und nach unten in die Kühlmittelsammelkammer (40) mündet;
dadurch gekennzeichnet,
dass Kühlmittelkanal (C) im wesentlichen entlang der Länge des Wärmetauscherkerns (20) verläuft und im wesentlichen eine Außenseite des Wärmetauscherkerns (20) umgibt,
dass der Hauptkühlmtteleinlasskanal (16) und der Durchlass (42) im...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft generell einen Wärmetauscher für einen Verbrennungsmotor. Insbesondere betrifft die Erfindung einen integrierten Wärmetauscher und Ausgleichsbehälter zum Kühlen eines Schiffsmotors. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung einen Wärmetauscher gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Verwendung eines derartigen Wärmetauschers.
Flüssigkeitsgekühlte Verbrennungsmotoren für Schiffsanwendungen verwenden für gewöhnlich einen Wärmetauscher, wobei Wärme von einem flüssigen Motorkühlmittel an Meerwasser übertragen wird. Zur Erleichterung dieses Wärmeaustausches dient ein Wärmetauscherkern, der aus einem oder mehreren Meerwasserrohren besteht, durch welche kontinuierlich Meerwasser geleitet wird. Das Motorkühlmittel wird außen über den Wärmetauscherkern geleitet, so daß Wärme von dem Kühlmittel an das kühlere Meerwasser abgegeben wird. Das Kühlmittel wird dann durch einen Kühlmittelkreis zum Kühlen des Motorblocks und in einigen Anwendungen zum Kühlen eines Turboladers und/oder einer Abgassammelleitung zurückgeführt bzw. rezirkuliert.
Manchmal tauchen Dampf- und Luftblasen in dem flüssigen Kühlmittel eines Kühlsystems auf. Der Dampf steigt auf und sammelt sich an bestimmten Stellen, wenn dies möglich ist. Das Vorhandensein von Dampf und Luft im Kühlkreis verringert in unerwünschter Weise die Wärmeaustauschkapazität in der Nähe bzw. im Bereich des eingeschlossenen Dampfes. Daher ist es wünschenswert, das flüssige Kühlmittel im Wärmetauscher zu entlüften, so daß der Dampf und die Luftblasen gesammelt und aus dem Kühlkreis entfernt werden können. Zusätzlich ist es wünschenswert, auch Dampftaschen bzw. -blasen an entfernt liegenden Stellen des Kühlkreises zu "entlüften".

Ein herkömmliches Kühlsystem weist gewöhnlich eine Ausgleichskammer auf, die ein mit dem Kühlkreis in Verbindung stehendes Luftvolumen enthält. Dies ermöglicht Volumenschwankungen in dem flüssigen Kühlmittel, ohne das System unter Überdruck zu setzen oder zu beschädigen. Im Idealfall werden Dampf und Luft aus dem Kühlkreis in der Ausgleichskammer gesammelt. Eine Aus gleichskammer kann des weiteren als Zusatzbehälter dienen, der zusätzliches Kühlmittel für den Ausgleich von Kühlmittelverlusten in dem System enthält.

Herkömmliche Kühlsysteme enthalten einzelne, diskrete Wärmetauscher- und Ausgleichsbehälterbauteile. Diese einzelnen Bauteile müssen durch Schläuche, Schlauchschellen und Rohre fluidisch miteinander verbunden werden. Ferner wird manchmal in herkömmlichen Systemen ein eigener Kühlmittelsammelbehälter als drittes zusätzliches Bauteil vorgesehen, das ebenso mit Schläuchen angeschlossen und an dem Motor befestigt werden muß. Leider treten bei diesen herkömmlichen Anordnungen häufig Schäden an den Schläuchen oder Lecks an den festgeklemmten Schlauchverbindungen auf. Ferner ist es bekannt, daß die getrennten Wärmetauscher-, Ausgleichsbehälter- und Sammelbehälterbauteile andere Motorteile aufgrund ihres Volumens störend blockieren und zusätzlich dem Motor ein unschönes sperriges oder überladenes Aussehen verleihen.

Maschinen- oder Motorräume in Schiffen sind gewöhnlich begrenzte Räume. Daher ist eine kompakte Motorkonstruktion wünschenswert, um den Raum, der den Motor in einem bestehenden Motorraum umgibt, zu maximieren oder die Größe des Motorraums zu minimieren.

Im Laufe der Zeit und Verwendung sammelt sich in einem Schiffs-Wärmetauscherkern Schmutz aus dem Meerwasser an, so daß eine Reinigung zur Optimierung der Wärmeleitung und des Wasserstroms notwendig ist. Die Reinigung der Kernrohre wird für gewöhnlich durch ein Verfahren ausgeführt, das als "Rohreinigen mittels Stangen" bzw. "rodding" bekannt ist, wobei ein stangenartiges Werkzeug von Hand durch die Rohre geführt wird, so daß sämtlicher Schmutz aus den Rohren herausgeschoben wird. Leider sind herkömmliche Schiffswärmetauscher wegen des unzureichenden Zugangs schwierig zu reinigen. Bei herkömmlichen Wärmetauschern muß der Wärmetauscherkern aus dem Wärmetauschergehäuse entfernt werden, so daß eine Reinigung der Meerwasserrohre mittels Stangen bzw. rodding möglich ist.

Insbesondere ist ein herkömmlicher Wärmetauscherkern als eine Einheit ausgebildet, an deren einem Ende ein Verteilerkopf zur Beförderung des Meerwasserstroms zu und von dem Kerninneren angebracht ist. Dieser Wärmetauscherkern wird durch eine einzige Öffnung in das Wärmetauschergehäuse eingesetzt, wobei der Wärmetauscherkern durch Befestigen der Verteilerkappe an der Gehäuseöffnung in seiner Lage gesichert wird. Um Zugang zu dem Kerninneren zur Reinigung zu erlangen, muß der Verteilerkopf zunächst aus dem Gehäuse abmontiert werden, der Wärmetauscherkern mit dem daran befestigten Verteilerkopf aus dem Gehäuse herausgezogen und der Verteilerkopf von dem Wärmetauscherkern entfernt werden. Dies ist nachteilig, da die Entfernung des Wärmetauscherkerns die Motorkühlmittelseite des Kühlsystems freilegt, so daß das Motorkühlmittel von dem Wärmetauscher ausläuft und die Gefahr einer Verunreinigung des Gehäuseinnenraums mit Schmutz besteht. Ferner kann in vielen Fällen das Herausziehen des Wärmetauscherkern aus dem Wärmetauschergehäuse an Ort und Stelle aufgrund einer Blockierung durch ein Motorbauteil oder die Wand des Motorraums unmöglich sein. Daher ist eine Wärmetauscherkonstruktion erforderlich, die eine Rohreinigung des Wärmetauscherkerns mittels Stangen ermöglicht, ohne den Wärmetauscherkern aus dem Gehäuse zu entfernen.

Die DE 29 16 691 C2 , die den Ausgangspunkt der vorliegenden Erfindung bildet, offenbart einen Wärmetauscher für einen Schiffsmotor. Der Wärmetauscher weist einen länglichen, horizontal angeordneten Wärmetauscherkern auf, durch den Seewasser strömt. Oberhalb und unterhalb des Wärmetauschers sind ein oberer und ein unterer Wasserkasten angeordnet. Süßwasser als Motor-Kühlmittel kann vom oberen Wasserkasten im wesentlichen vertikal am Wärmetauscherkern vorbei in den unteren Wasserkasten strömen, wobei der Wärmetausch erfolgt. Der bekannte Wärmetauscher weist eine beträchtliche Baugröße auf.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen insbesondere für einen Schiffsmotor geeigneten Wärmetauscher und eine Verwendung eines derartigen Wärmetauschers anzugeben, wobei bei kompaktem Aufbau ein effizienter Wärmeaustausch und eine effiziente Abscheidung von Luft- bzw. Dampfblasen in einer Ausgleichskammer ermöglicht werden.

Die obige Aufgabe wird durch einen Wärmetauscher gemäß Anspruch 1 oder die Verwendung eines derartigen Wärmetauschers gemäß Anspruch 15 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Insbesondere ist in einem Ausführungsbeispiel eine Wärmetauscher- und Ausgleichsbehälterkombination vorgesehen, die mit einem einstückigen Gehäuse ausgebildet ist. Diese Vorrichtung ist vorzugsweise zur Verwendung in einem Schiffsverbrennungsmotor ausgebildet. Die einstückige Gehäusekonstruktion verringert die Anzahl von Teilen, bietet eine kompakte und raumsparende Konstruktion und verzichtet auf die zuvor erforderlichen Schläuche zur Verbindung des Ausgleichsbehälters mit dem Wärmetauschergehäuse. Vorzugsweise enthält der Wärmetauscher ferner eine untere Kühlmittelsammelkammer, die in demselben einstückigen Gehäuse ausgebildet ist.

Zusätzlich weist in einem Ausführungsbeispiel der Ausgleichsbehälter Entlüftungsöffnungen auf, die einen "Entlüftungsstrom" aufnehmen, der von Teilen des Kühlkreises abgeleitet wird, die besonders anfällig für eine Dampfansammlung sind. Insbesondere wird Kühlmittel von dem Turbolader und/oder den Abgassammelleitungsteilen des Kühlkreises entlüftet, indem ein Entlüftungsrohr von jedem dieser Bauteile zu den Luftlöchern in dem Ausgleichsbehälter geführt wird.

Das einstückige Wärmetauscher- und Ausgleichsbehältergehäuse besteht vorzugsweise aus Aluminium, und der Wärmetauscherkern besteht vorzugsweise aus einer Kupfer-Nickel-Legierung.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel stellt eine Entlüftungskonstruktion bereit, mit welcher Kühlmittel in Kanälen um den Wärmetauscherkern geführt wird, wobei flüssiges Kühlmittel in die untere Kühlmittelsammelkammer fällt, während Dampf nach oben durch den Kühlmittelkanal steigt und sich in der Ausgleichskammer ansammelt. Die Ausgleichskammer ist durch vertikale Seitenwände begrenzt, die dazu beitragen, Blasen aus dem Kühlmittel zu entlüften.

Zusätzlich sorgt ein Ausführungsbeispiel für eine größere Wartungsfreundlichkeit, da der Wärmetauscherkern endseitig zwischen zwei Öffnungen in dem Gehäuse befestigt ist. Durch diese Öffnungen ist ein Zugang zu dem Inneren des Wärmetauscherkerns von gegenüberliegenden Enden möglich, so daß die Meerwasserdurchlässe in dem Wärmetauscherkern gereinigt werden können, ohne den Wärmetauscherkern aus dem Gehäuse zu entfernen.

Vorteilhafterweise wird eine verbesserte Motorkühlvorrichtung bereitstellt, die einen Wärmetauscher und einen Ausgleichsbehälter in einem gemeinsamen bzw. integrierten Gehäuse kombiniert.

Vorteilhafterweise wird auf die Schlauchverbindungen zwischen dem Ausgleichsbehälter und dem Wärmetauscher verzichtet, so daß es zu keinen Schlauchdefekten und keinem Lecken kommt.

Vorzugsweise wird ein Wärmetauscher für eine Schiffsmaschine bzw. einen Schiffsmotor mit einer verbesserten Wartungsfreundlichkeit bereitgestellt. Insbesondere ist jedes Ende des Wärmetauscherkerns über entsprechende; mit Kappen abgedeckte Öffnungen zugänglich, so daß das Innere des Wärmetauscherkerns einer Rohrreinigung mittels Stangen unterzogen werden kann, ohne den Wärmetauscherkern von dem Gehäuse zu entfernen. Dies ist insbesondere in beengten Motorräumen von Vorteil, wo der Raum ein Herausziehen des Wärmetauscherkerns aus dem Gehäuse nicht zuläßt. Ein damit verbundener Vorteil dieses Ausführungsbeispiels besteht darin, daß die Motorkühlmittelseite des Kühlsystems nicht gestört wird, da nur das Innere des Wärmetauscherkerns freigelegt wird, wenn die Kappen entfernt werden; die äußere Kühlmittelseite des Wärmetauscherkerns wird nicht freigelegt, wenn die Kappen entfernt werden.

Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden in der aus führlichen Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels und der Zeichnung dargestellt und offensichtlich. Es zeigt:
1 eine perspektivische Ansicht eines Verbrennungsmotors mit einer Wärmetauscher- und Ausgleichsbehälterkombination gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
2 eine explosionsartige, perspektivische Ansicht der Wärmetauscher- und Ausgleichsbehälterkombination gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung, die den Wärmetauscherkern und andere Teile zeigt;
3 einen Seitenriß eines einstückigen bzw. gemeinsamen Gehäuses einer Wärmetauscher- und Ausgleichsbehälterkombination gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
4 eine Schnittansicht von oben des einstückigen Gehäuses von 3 im wesentlichen entlang der Linie IV–IV von 3 durch die Ausgleichskammer;
5 eine Schnittansicht von vorne des einstückigen bzw. gemeinsamen Gehäuses von 3 im wesentlichen entlang der Linie V-V von 3; und
6 einen Aufriß des einstückigen bzw. gemeinsamen Gehäuses von einer gegenüberliegenden Seite zu der Ansicht von 3.
Mit Bezugnahme auf die Figuren, in welchen dieselben Bezugszeichen dieselben Teile bezeichnen, zeigt 1 eine integrierte Wärmetauscher- und Ausgleichs-behältervorrichtung 10 gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung, die an einem Motor 12 befestigt ist. Insbesondere ist der dargestellte Motor 12 ein Schiffsdieselmotor. Die Vorrichtung 10 ist an den Kühlkreis des Motors 12 angeschlossen (der aus Strömungshohlräumen innerhalb von Kühlmänteln usw. besteht). Wie in 1 dargestellt, ist die Vorrichtung 10 schlicht bzw. ordentlich, kompakt und praktisch an dem Motor angeordnet und ist ein gefälliges Motorbauteil.
Die explosionsartige Ansicht von 2 zeigt die Vorrichtung 10 ausführlicher. Die Vorrichtung 10 weist ein gemeinsames und/oder einstückiges Gehäuse 14 auf, das vorzugsweise aus Aluminium besteht. Das Gehäuse 14 weist einen Innenraum auf, der in der Folge in Verbindung mit 3–5 beschrieben ist. Mit weiterer Bezugnahme auf 2 enthält das Gehäuse 14 einen Haupteinlaßkanal 16, der Kühlmittel von dem Motor 12 aufnimmt, und einen Auslaßkanal 18, von dem Kühlmittel zu dem Motor 12 zurückströmt.
In 2 ist auch ein Wärmetauscherkern 20 dargestellt, der in das Gehäuse einbaubar ist. Wie dargestellt, ist der Wärmetauscherkern 20 im wesentlichen zylindrisch und begrenzt einen Innenraum, der einen oder mehrere gerade Meerwas serdurchlässe bildet. Der Wärmetauscherkern 20 besteht wegen der Korrosionsbeständigkeit und der Wärmeleiteigenschaften vorzugsweise aus einer Kupfer-Nickel-Legierung. Der Wärmetauscherkern 20 weist annähernd dieselbe Länge wie das Gehäuse 14 auf, und der Wärmetauscherkern 20 kann zwischen einer ersten Öffnung 22 und einer zweiten Öffnung 24 befestigt bzw. eingebaut werden (4). Der Innenraum des Wärmetauscherkerns 20 ist durch jede der gegenüberliegenden Öffnungen 22, 24 zugänglich, aber die Enden des Wärmetauscherkerns 20 sind um ihren bzw. an ihrem Umfang gegen das Gehäuse 14 abgedichtet.
Eine erste Kappe 26 und eine zweite Kappe 28 sind abdichtend über der ersten und zweiten Öffnung 22 bzw. 24 befestigbar. Wie dargestellt, ist die zweite Kappe 28 ein Verteilerelement mit einer Meerwassereinlaßöffnung 30 und einer Meerwasserauslaßöffnung 32, welche Meerwasser in die bzw. aus den Meerwasserdurchlässen in dem Wärmetauscherkern 20 leiten. Die zweite Kappe 28 enthält eine Zinkelektrode 34 (die in der Technik als "Opferlamm" bzw. "Opferelektrode" bekannt ist), die entbehrlich ist und anstelle des Wärmetauscherkerns 20 von dem Meerwasser korrodiert wird.
2 zeigt eine Mehrzahl querliegender Bolzenröhren 36, die sich durch das Gehäuse 14 erstrecken. Diese nehmen Schrauben bzw. Bolzen (nicht dargestellt) zur Befestigung der Vorrichtung 10 am Motor 12 auf.
In bezug auf 3–6 weist das einstückige bzw. gemeinsame Gehäuse l4 einen Innenraum mit einer Entlüftungskonstruktion auf. Eine Ausgleichskammer 38 ist in einem oberen Teil des Gehäuses 14 ausgebildet, und ein Kühlmittelbehälter oder eine Kühlmittelsammelkammer 40 ist in einem unteren Teil des Gehäuses 14 ausgebildet. Die obere Ausgleichskammer 38 und die untere Kühlmittelsammelkammer 40 stehen miteinander über einen Kühlmittelkanal C, der in dem Gehäuse 14 ausgebildet ist, in Fluidverbindung. Ein Teil des Kühlmittelkanals C ist ein zylindrischer Raum (siehe 2, 4 und 5), der im wesentlichen eine Außenseite des Wärmetauscherkerns 20 in koaxialer Weise (2) zwischen den Enden des Wärmetauscherkerns 20 umgibt.
Die Vorrichtung 10 weist eine kompakte Konstruktion auf, da die Ausgleichskammer 38, die Kühlmittelsammelkammer 40 und der Wärmetauscherkern 20 alle in dem einstückigen und/oder gemeinsamen Gehäuse 14 enthalten sind. Ferner sind keine herkömmlichen Schlauchverbindungen zwischen diesen gemeinsam aufgenommenen Elementen erforderlich, da eine Fluidverbindung zwischen diesen durch den Kühlmittelkanal C erleichtert ist, der in dem Gehäuse 14 ausgebildet ist, wie in der Folge beschrieben wird.
Kühlmittel strömt wie folgt durch die Vorrichtung 10. Mit Bezugnahme auf 4 kommt ein Hauptkühlmittelstrom, der durch einen Pfeil M angezeigt ist, von dem Motor über den Haupteinlaßkanal 16. Dieser Hauptstrom M tritt in den Kühlmittelkanal C neben dem Wärmetauscherkern 20 ein, im allgemeinen an einem vorderen Ende des Wärmetauscherkerns 20. Das Kühlmittel bewegt sich dann durch den zylindrischen Teil des Kühlmittelkanals C entlang einer Außenseite des Wärmetauscherkerns 20, wie durch den Strömungspfeil T angedeutet. Die Wärmeübertragung des Kühlmittels findet entlang dem Strom T statt, wo Wärme durch den Wärmetauscherkern 20 in das Meerwasser übertragen wird, das durch den Innenraum des Wärmetauscherkerns 20 strömt.
Mit weiterer Bezugnahme auf 4 enthält der Kühlmittelkanal C einen Durchlaß 42, der unterhalb des Wärmetauscherkerns angeordnet ist. Dieser Durchlaß 42 ist nahe einem gegenüberliegenden Ende des Kühlmitteleinlaßkanals 16 angeordnet, so daß der Kühlmittelstrom T sich im wesentlichen entlang der Länge des Wärmetauscherkerns zur maximalen Kühlung erstreckt. Das Kühlmittel mit verringerter Temperatur fällt bzw. läuft durch den Durchlaß 42 in die Kühlmittelsammelkammer 40 (5).
Dampfblasen, die in dem Kühlmittelstrom T vorhanden sein können, neigen dazu, in dem Kühlmittelkanal C aufzusteigen und in einen Teil des Kühlmittelkanals C zu gelangen, der zu der Ausgleichskammer 38 führt, wie in 4 dargestellt ist. Somit ist der Kühlmittelkanal C so ausgebildet, daß er alle diese Dampfblasen in die Ausgleichskammer 38 leitet, wo das Kühlmittel entlüftet wird, so daß der Dampf in der Ausgleichskammer 38 gesammelt wird.
Das Gehäuse 14 enthält vorzugsweise eine vertikale Trennwand 44, die sich innerhalb der Ausgleichskammer 38 erstreckt, wie in 4 dargestellt ist. Die Wand 44 weist zumindest eine Öffnung 46 auf, durch welche flüssiges Kühlmit tel und Dampf strömen kann. Es hat sich gezeigt, daß die Wand 44 das Kühlmittel in der Ausgleichskammer 38 wirksam entlüftet.
Die Ausgleichskammer 38 enthält ein Dampfvolumen, das Volumenschwankungen des Kühlmittels zuläßt. Auch dient in dem dargestellten Ausführungsbeispiel die Ausgleichskammer 38 des weiteren als Zusatzbehälter zur Aufnahme einer zusätzlichen Menge an flüssigem Kühlmittel. Wenn flüssiges Kühlmittel aus dem Kühlkreis verloren geht, wird das Kühlmittel, das in der Ausgleichskammer 38 enthalten ist, einfach durch Schwerkraft nach unten befördert, um eine ausreichende Menge an zirkulierendem Kühlmittel aufrechtzuerhalten. Im Idealfall liegt die Kühlmittelwasserlinie irgendwo zwischen der Oberseite und dem Boden der Ausgleichskammer 38, wie in 5 dargestellt ist. Eine Füllkappe 48 und eine Überdruckhalterung 50 sind in 2 an einer Oberseite der Ausgleichskammer 38 angeordnet dargestellt, durch welche Kühlmittel hinzugefügt werden kann.
Wie in dem Ausführungsbeispiel von 6 dargestellt, enthält die Ausgleichskammer 38 mindestens eine Entlüftungsöffnung 52, die sich durch das Gehäuse 14 öffnet, um einen Entlüftungsstrom von entfernt liegenden Motorkomponenten, wie einem Turbolader 56 (1) und/oder einem ummantelten Abgaskrümmer o. dgl., zuzuführen. Die Entlüftungsöffnungen bzw. -stutzen 52 sind an Entlüftungsrohre an einer Außenseite des Gehäuses 14 anschließbar, wobei diese Entlüftungsrohre mit den jeweils entfernt liegenden Komponenten in Verbindung stehen.
Die Entlüftungsöffnungen 52 sind so konstruiert, daß sie den Entlüftungsstrom von einer "hohen" Stelle oder Position in dem Kühlmittelkanal der entfernt liegenden Motorkomponenten ableiten, wo sich, abhängig von der Form des Hohlraums in dem Kühlmantel an dieser Stelle, leicht Dampf ansammelt. Ein Entlüftungsrohr ist zwischen einer solchen Dampfsammelstelle und dem Ausgleichsbehälter 38 über eine der Entlüftungsöffnungen 52 befestigt, so daß ein schwacher "Entlüftungsstrom" des Kühlmittels zusammen mit evtl. angesammelten Luft- bzw. Dampfblasen zu dem Ausgleichsbehälter 38 abgeleitet wird. Dieser Entlüftungsstrom hat für gewöhnlich eine relativ geringe Strömungsrate im Vergleich zu dem Hauptkühlmittelstrom durch die Komponente.
Die Entlüftungsströme, die durch die Entlüftungsöffnungen 52 in die Ausgleichskammer 38 gelangen, sind durch Pfeile V1 und V2 in 4 dargestellt. Alle Luft- bzw. Dampfblasen, die in den Entlüftungsströmen V1 und V2 vorhanden sind, steigen in das Luft- bzw. Dampfvolumen der Ausgleichskammer 38 auf, während das flüssige Kühlmittel von den Entlüftungsströmen V1 und V2 frei durch die Öffnung 46 in der dazwischen liegenden Trennwand 44 der Ausgleichskammer 38 laufen kann und vielleicht wieder in den Kühlmittelstrom in Kühlmittelkanal C gelangt, durch den Durchlaß 42 in die untere Kühlmittelsammelkammer 40 fällt und wieder durch den Kühlkreis zirkuliert.
Wie in 3, 5 und 6 dargestellt, kann wahlweise ein Hilfskühlmitteleinlaß 58 in dem Gehäuse 14 vorgesehen sein, durch den ein Kühlmittelstrom von dem Kühlkreis in die Kühlmittelsammelkammer 40 eintreten kann, anstatt durch den Haupteinlaßkanal 16 in das Gehäuse zu gelangen. Ein solcher Hilfseinlaß 58 kann insbesondere zweckdienlich sein, um einen Kühlmittelstrom von dem Turbolader 56 zuzuleiten.
Das Kühlmittel, das sich in der unteren Kühlmittelsammelkammer 40 ansammelt, verläßt das Gehäuse 14 durch den Auslaßkanal 18, der vorzugsweise an einem Boden der Kühlmittelsammelkammer 40 angeordnet ist, wie in 6 dargestellt.

Claims

Wärmetauscher (10) mit einer integrierten Ausgleichskammer (38) und einem gemeinsamen Gehäuse (14), wobei die Ausgleichskammer (38) in einem oberen Teil des Gehäuses (14) ausgebildet ist und wobei der Wärmetauscher (10) aufweist: eine Kühlmittelsammelkammer (40), die in einem unteren Teil des Gehäuses (14) ausgebildet ist; einen Wärmetauscherkern (20), der in dem Gehäuse (14) oberhalb der Kühlmittelsammelkammer (40) und mindestens teilweise unterhalb der Ausgleichskammer (38) im wesentlichen horizontal eingebaut ist; einen Kühlmittelkanal (C), der in Fluidverbindung mit der Ausgleichskammer (38) und mit der Kühlmittelsammelkammer (40) steht; einen Hauptkühlmitteleinlasskanal (16); und einen Durchlass (42) in dem Kühlmittelkanal (C), der unter dem Wärmetauschkern (20) angeordnet ist und nach unten in die Kühlmittelsammelkammer (40) mündet; dadurch gekennzeichnet, dass Kühlmittelkanal (C) im wesentlichen entlang der Länge des Wärmetauscherkerns (20) verläuft und im wesentlichen eine Außenseite des Wärmetauscherkerns (20) umgibt, dass der Hauptkühlmtteleinlasskanal (16) und der Durchlass (42) im wesentlichen an gegenüberliegenden Enden des Wärmetauscherkerns (20) angeordnet sind, dass der Hauptkühlmitteleinlasskanal (16) neben dem Wärmetauscherkern (20) in den Kühlmittelkanal (C) mündet, dass der Wärmetauscher (10) mindestens eine Entlüftungsöffnung (52) aufweist, die in die Ausgleichskammer (38) mündet und zur Zuführung eines Entlüftungskühlmittelstroms in die Ausgleichskammer (38) von außerhalb des Gehäuses (14) ausgebildet ist.
Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgleichskammer (38) zumindest teilweise oberhalb des Wärmetauscherkerns (20) angeordnet ist und dass ein oberer Teil des Kühlmittelkanals (C) mit der Ausgleichskammer (38) in Verbindung steht, so dass Luft- und/oder Dampf in dem Kühlmittelkanal (C) sich oben in der Ausgleichskammer (38) ansammelt, wobei der Entlüftungsstroms von der Ausgleichskammer (38) nach unten in den Kühlmittelkanal (C) läuft.
Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (10) ferner eine Kühlmittelsammelkammer (40) aufweist, die unterhalb des Wärmetauscherkerns (20) angeordnet ist, wobei ein unterer Teil des Kühlmittelkanals (C) mit der Kühlmittelsammelkammer (40) in Verbindung steht, so dass Kühlmittel von dem Kühlmittelkanal (C) in die untere Kühlmittelsammelkammer (40) fällt bzw. läuft.
Wärmetauscher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgleichskammer (38), die Kühlmittelsammelkammer (40), der Wärmetauscherkern (20) und der Kühlmittelkanal (C) in dem gemeinsamen, insbesondere einstückigen Gehäuse (14) angeordnet oder eingeschlossen sind.
Wärmetauscher nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgleichskammer (38) durch eine Mehrzahl vertikaler Wände (44) definiert ist, wobei mindestens eine Wand (44) eine Öffnung (46) aufweist, die mit dem Kühlmittelkanal (C) in Fluidverbindung steht.
Wärmetauscher nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscherkern (20) zwei gegenüberliegende Enden aufweist und daß der Wärmetauscher (10) ferner einen Kühlmitteleinlass (16), der Motorkühlmittel in den Kühlmittelkanal (C) nahe einem Ende des Wärmetauscherkerns (20) abgibt, und einen Durchlass (42) in dem Kühlmittelkanal (C) nahe einem gegenüberliegenden Ende des Wärmetauscherkerns (20), durch welchen Kühlmittel in die Kühlmittelsammelkammer (40) abfließt bzw. fällt, aufweist.
Wärmetauscher nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlmittelkanal (C) innerhalb des Gehäuses (14) ausgebildet ist und dass der Wärmetauscherkern (20) endseitig zwischen zwei Öffnungen (22, 24) in das Gehäuse (14) eingebaut ist, so dass gegenüberliegende Enden des Wärmetauscherkerns (20) jeweils durch die Öffnungen (22, 24) zugänglich sind.
Wärmetauscher nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (10) zwei Entlüftungsöffnungen (52) aufweist, wobei eine der Entlüftungsöffnungen (52) dazu ausgebildet ist, einen Entlüftungskühlstrom von einem Turbolader (56) aufzunehmen und die andere dazu ausgebildet ist, einen Entlüftungskühlmittelstrom von einer Abgassammelleitung aufzunehmen.
Wärmetauscher nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgleichskammer (38) mindestens eine im wesentlichen vertikale Trennwand (44) aufweist, die sich innerhalb der Ausgleichskammer (38) erstreckt, wobei die Trennwand (44) mindestens eine Öffnung (46) aufweist, die mit dem Kühlmittelkanal (C) in Verbindung steht.
Wärmetauscher nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscherkern (20) einen Innenraum aufweist, der mindestens einen im wesentlichen geraden Meerwasserdurchlass umfasst, dass der Wärmetauscherkern (20) endseitig zwischen zwei äußeren Öffnungen (22, 24) in das Gehäuse einbaubar ist und dass der Wärmetauscher (10) ferner zwei Kappen (26, 28) umfasst, die jeweils über den äußeren Öffnungen (22, 24) befestigbar sind.
Wärmetauscher nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Kappen (26, 28) eine Meerwassereinlassöffnung (30) und eine Meerwasserauslassöffnung (32) in Verbindung mit dem Innenraum des Wärmetauscherkerns (20) aufweist.
Wärmetauscher nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (10) ferner einen Kühlmitteleinlasskanal (58) aufweist, der in die untere Kühlmittelsammelkammer (40) mündet.
Wärmetauscher nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (10) ferner einen Kühlmittelauslasskanal (18) aufweist, der an einem Boden der unteren Kühlmittelsammelkammer (40) angeordnet ist.
Wärmetauscher nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (10) ferner eine Mehrzahl von Bolzenrohren (36) aufweist, die sich quer durch das Gehäuse (14) erstrecken.
Verwendung eines Wärmetauschers nach einem der voranstehenden Ansprüche als einzigen Ausgleichsbehälter und/oder Kühlmittelvorratsbehälter in einem Motorkühlkreislauf.