DE3538590C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmeaustauscher gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Ein Wärmetauscher der genannten Art gemäß einem frühe­ ren Vorschlag der Anmelderin (Patentanmeldung P 35 10 441.4-16), von dem hier ausgegangen wird, dient insbesondere als Ersatz einer Ölwanne für ein Kraftfahr­ zeug und ist dementsprechend speziell angepaßt ausgebil­ det. Alle Zu- und Ableitungsöffnungen befinden sich an einer Längsseite mit einem gekürzten Deckel sowie in verschiedenen Anschlußebenen. Ein solcher Wärmeaustau­ scher ist nur für spezielle Anwendungszwecke einsetzbar und kann beispielsweise nicht ohne weiteres durch Ankop­ peln mehrerer Wärmeaustauscher-Einheiten raumsparend vergrößert werden.

Aus der DE-OS 32 42 361 ist ein Ölkühler in Scheibenbau­ weise bekannt, welcher einen Wärmeaustausch zwischen Öl und Kühlwasser im Gegenstrom ermöglicht. Die Ölkanäle werden hierbei durch doppelwandige, scheibenförmige Blechkörper gebildet, welche in einer beliebigen Anzahl zu einem Scheibenpaket aufeinandergesetzt sind. Nachtei­ lig ist bei diesem Ölkühler, daß die einzelnen Blech­ körper aus zwei entlang ihrer Ränder miteinander zu verlötenden Blechformteilen bestehen und daß außerdem die Blechkörper eines Kühlers noch miteinander verlötet werden müssen. Für die Führung des Kühlwassers ist ein eigenes, das Scheibenpaket aufnehmendes Gehäuse mit Durchführungen für das zu- und abströmende Öl erforder­ lich. Die Herstellung des Ölkühlers ist damit äußerst aufwendig und eine Erweiterung wäre nur mit großem Auf­ wand und einem neuen Gehäuse möglich, was jedoch völlig unwirtschaftlich ist.

In der DE-OS 30 44 135 wird ein Luft-Luft-Wärmetauscher zur Verwendung in Elektronik-Schaltschränken beschrie­ ben. Dieser Wärmetauscher weist Strömungskanäle auf, die - im Schnitt gesehen - durch ein mäandrierend verlaufen­ des, gefaltetes Blech sowie zwei Abdeckbleche gebildet sind. Für den Luftzutritt ist jeweils eine Einlaßöffnung mit einem motorbetriebenen Lüfter vorgesehen. Für den Luftaustritt besitzt jeder Luftkanal am Ende eine eigene Austrittsöffnung, d. h. Sammelkanäle für die austreten­ den Luftströme sind nicht vorgesehen. Außer daß dieser Wärmetauscher für einen Betrieb mit Flüssigkeiten nicht geeignet ist, ist hier aufgrund der Vielzahl der Öffnun­ gen eine Vergrößerung der Wärmeaustauschleistung durch einfache Kupplung mehrerer Wärmetauscher nicht in wirt­ schaftlicher Weise möglich und auch nicht vorgesehen.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu­ grunde, einen Wärmeaustauscher der im Oberbegriff ge­ nannten Art so zu gestalten, daß er bei modulartiger Ausbildung durch einfaches Hintereinanderschalten mehre­ rer Wärmeaustauscher-Einheiten beliebig erweiterbar ist.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe zeichnet sich ein Wärmeaustauscher der im Oberbegriff von Anspruch 1 ge­ nannten Art erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen dieses Anspruches aufgeführten Merkmale aus. Abgesehen von dem bekannten Vorteil, daß sich bei einem solchen Wärmeaustauscher konstruktionsbedingt die beiden Flüs­ sigkeiten im Deckelbereich nicht miteinander vermischen können, ermöglichen die an den Längsseiten offenen Quer­ kanäle sowie die zwischen den Deckeln verlaufenden Ver­ sorgungskanäle und die stirnseitig angeordneten Zu- sowie Ableitungsöffnungen ein problemloses Aufeinander­ schichten mehrerer Wärmeaustauscher-Einheiten zur Ver­ größerung der Wärmeaustauscher-Kapazität. Hierbei sind keine zusätzlichen externen Leitungsverbindungen erfor­ derlich, weil sich sämtliche Strömungsverbindungen in den endseitigen Verteilerköpfen befinden. Da außerdem die Querkanäle angrenzender Wärmeaustauscher-Einheiten in Strömungsverbindung treten, kann die Gesamtzahl der in den Verteilerköpfen aufgeschichteter Wärmeaustau­ scher-Einheiten befindlichen Verbindungskanäle reduziert werden. Ein derartiger Wärmeaustauscher ist sehr raum­ sparend aufgebaut und wegen seiner stirnseitigen Versor­ gungsanschlüsse ausgesprochen gut zu handhaben. Er ist beidseitig entformbar und somit beispielsweise auch durch Druckguß herstellbar. Der erfindungsgemäße Wärmeaustau­ scher ist vielfältig einsetzbar und eignet sich insbe­ sondere auch zur Kühlung von Motoröl sowie bei der Beheizung von Kraftfahrzeugen oder Omnibussen.

Gemäß Anspruch 2 ist es bevorzugt, zwischen den einzel­ nen Abdichtungsbereichen an den Längsseiten und den Deckeln geeignete Dichtungen einzulegen, die gemäß An­ spruch 3 an jeder Längsseite vorzugsweise zusammenhän­ gend ausgebildet sind, was die Handhabung vereinfacht. An jeder Längsseite müssen die offenen Längskanäle nur von einer einzigen Dichtung umgeben sein, da eine Un­ dichtigkeit zwischen den zu einer Flüssigkeit gehörigen einzelnen Längskanälen unschädlich ist.

Um im längsseitigen Deckelbereich der Verteilerköpfe ein gegenseitiges Vermischen der beiden Flüssigkeiten noch sicherer zu verhindern, ist es gemäß Anspruch 4 bevor­ zugt, um die Versorgungskanäle sich nach außen öffnende Ablaufrinnen vorzusehen. Dieses führt dazu, daß im Falle eines Dichtungsfehlers im Bereich der Verteilerköpfe die dann austretende Flüssigkeit ablaufen kann und sich nicht mit der anderen Flüssigkeit vermischt.

In weiterer Ausgestaltung können gemäß Anspruch 5 in den Längskanälen zumindest einer Flüssigkeit Rippen vorgese­ hen sein, die den Wärmeaustauschvorgang zwischen den beiden Flüssigkeiten begünstigen.

In weiterer Ausgestaltung kann es gemäß Anspruch 6 zweckmäßig sein, die Versorgungskanäle für die beiden Flüssigkeiten an den Verteilerköpfen zueinander spiegel­ bildlich anzuordnen. Hierdurch ist es beispielsweise möglich, einen gleichmäßigeren Durchfluß aller Längska­ näle zu erzielen.

Gemäß Anspruch 7 kann es ferner vorteilhaft sein, die Zu- und Ableitungsöffnungen jeweils einer Flüssigkeit an einen Deckel angrenzend auszubilden.

Bei einer besonders zweckmäßigen Ausführungsform gemäß Anspruch 8 sind mehrere Wärmeaustauscher-Einheiten zu einem Wärmeaustauscher größerer Kapazität wechselseitig aufeinandergeschichtet. Dabei entfallen die Deckel zwi­ schen den aneinander angrenzenden Einheiten, da dort abwechselnd die zu einer Flüssigkeit gehörenden Längs­ kanäle in gegenseitige Strömungsverbindung treten. Außerdem werden bei dem Aufeinanderschichten die zuge­ hörigen Versorgungskanäle einerseits und Querkanäle andererseits automatisch miteinander verbunden. Die größere Wärmeaustauscher-Einheit ist nur an den äußeren Längsseiten durch Deckel abgedichtet. Diese Bauform ist äußerst raumsparend, sehr variabel und leicht zu hand­ haben.

Da bei dem Aufeinanderschichten jeweils die zu einer Flüssigkeit gehörigen Querkanäle in gegenseitige Strö­ mungsverbindung treten, genügt es gemäß Anspruch 9, in den weiteren Wärmeaustauscher-Einheiten nur die Quer­ kanäle einer Flüssigkeit mit den zugehörigen Versor­ gungskanälen zu verbinden. Hierdurch kann der Gesamt­ aufwand an Verbindungskanälen reduziert werden.

Außerdem ist es gemäß Anspruch 10 vorteilhaft, daß nur eine der Wärmeaustauscher-Einheiten extern angeschlossen wird. Alle anderen Einheiten sind automatisch intern miteinander verknüpft.

Um eine einwandfreie Dichtigkeit des Wärmeaustauschers sicherzustellen, ist es gemäß Anspruch 11 bevorzugt, im Bereich aller Längsseiten der Wärmeaustauscher-Einheiten geeignete Dichtungen vorzusehen.

Bei einer praktischen Ausführungsform gemäß den Ansprü­ chen 12 und 13 kann zumindest der zwischen den Deckeln befindliche Teil des Wärmeaustauschers aus Druckguß, wie aus einer Aluminiumlegierung, bestehen. Hierdurch kann der Wärmeaustauscher einfach sowie preiswert hergestellt werden und ein geringes Gewicht aufweisen.

Gemäß Anspruch 14 ist es besonders bevorzugt, beide Längsseiten des Wärmeaustauschers durchgehend eben und zueinander parallel auszubilden. Hierdurch entsteht eine sehr raumsparende, preiswerte und leicht zu handhabende, scheibenförmige Bauform, die recht vielseitig zu einer größeren Baueinheit kombinierbar ist.

Die Erfindung wird nachfolgend an zeichnerisch darge­ stellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Wärmeaustauscher in teilweise geschnittener Längsansicht,

Fig. 2 den Wärmeaustauscher in einem Längsschnitt längs der Linie II-II aus Fig. 1,

Fig. 3 den Wärmeaustauscher in einem Längsschnitt längs der Linie III-III aus Fig. 1,

Fig. 4 den Wärmeaustauscher in einem Querschnitt längs der Linie IV-IV aus Fig. 1,

Fig. 5 den Wärmeaustauscher in einem Querschnitt längs der Linie V-V aus Fig. 1,

Fig. 6 den Wärmeaustauscher aus Fig. 1 in einer linksseitigen Endansicht,

Fig. 7 einen aus mehreren aufeinandergeschichteten Wär­ meaustauscher-Einheiten bestehenden vergrößerten Wärmeaustauscher in einem Längsschnitt und

Fig. 8 den Wärmeaustauscher aus Fig. 7 in einer linksseitigen Endansicht.

Gemäß den Fig. 1 bis 6 weist der Wärmeaustauscher in seinem mittleren Bereich eine mäanderförmige Trennwan­ dung 10 auf, die zu entgegengesetzten Längsseiten offene Längskanäle 12 für eine erste Flüssigkeit und 14 für eine zweite Flüssigkeit begrenzt. Bei der dargestellten Ausführungsform befinden sich gemäß Fig. 1 in den Längskanälen 14, die beispielsweise zum Leiten von durch Kühlwasser zu kühlendem Öl dienen, quer zur Strömungs­ richtung verlaufende Rippen 16, die den ölkühlenden Wärmeaustauschvorgang begünstigen. Derartige Rippen können auch in den anderen Längskanälen 12 vorgesehen werden.

Die zu den Längsseiten hin offenen Längskanäle 12, 14 sind durch an den Längsseiten befindliche Deckel 46, 48 verschlossen. Eventuelle Undichtigkeiten zwischen einander zugehörigen Längskanä­ len 12 oder 14 an den Deckeln 46 oder 48 sind belanglos, da hierdurch kein Vermischen verschiedener Flüssigkeiten stattfinden kann.

Die Längskanäle 12 und 14 münden endseitig in gemeinsame Querkanäle 18 und 20. Diese grenzen gemäß den Fig. 2, 3 und 5 an ihren Innenseiten aneinander und sind an ihren hierzu entgegengesetzten Außenseiten offen. Dort sind die Querkanäle 18 und 20 durch die Deckel 16 und 48 verschlossen. Die einander zugehörigen Querkanäle 18 bzw. 20 weisen wie die Längskanäle 12 bzw. 14 zu einem Deckel 46 bzw. 48. Diese Querkanäle 18, 20 sorgen für eine gleichmäßige Flüssigkeitsverteilung auf die einzel­ nen Längskanäle 12, 14.

Der Wärmeaustauscher weist an jedem Ende einen Vertei­ lerkopf 22 bzw. 24 auf, der alle Versorgungsleitungen enthält. Die Längsseiten der mäanderförmigen Trennwan­ dung 10, der seitlich offenen Querkanäle 18, 20 und der Verteilerköpfe 22, 24 sind in sich eben und parallel zueinander verlaufend ausgebildet.

Die bereits erwähnten Deckel 46 und 48 erstrecken sich bis zum Ende der Verteilerköpfe 22, 24 unter Überdeckung aller Längsseiten des Wärmeaustauschers.

In jedem Verteilerkopf 22, 24 erstrecken sich zwischen den Längsseiten bzw. Deckeln 46, 48 zwei in Querrichtung nebeneinander angeordnete Versorgungskanäle 26, 28. Die Versorgungskanäle 26 sind einerseits über Verbindungska­ näle 30 mit den Querkanälen 18 und andererseits mit stirnseitigen Zu- oder Ableitungsöffnungen 34 verbunden. Die Versorgungskanäle 28 sind einerseits über Verbin­ dungskanäle 32 mit den Querkanälen 20 und andererseits mit stirnseitigen Zu- oder Ableitungsöffnungen 36 ver­ bunden. Wie es in den Fig. 2 und 3 dargestellt ist, können die beiden Flüssigkeiten den Wärmeaustauscher in entgegengesetzten Richtungen A und B durchströmen, um den Wärmeaustauscheffekt zu begünstigen.

Bei der in den Fig. 1 bis 6 dargestellten Ausfüh­ rungsform sind die Versorgungskanäle 26, 28 in den Ver­ teilerköpfen 22 und 24 spiegelbildlich zueinander ange­ ordnet. Demgegenüber grenzen die einander zugehörigen Zu- oder Ableitungsöffnungen 34 bzw. 36 und Querkanäle 18 bzw. 20 einer Flüssigkeit jeweils an einen Deckel 46 bzw. 48 an. Abgesehen von dieser speziellen Bauform können auch andere Gestaltungen gewählt werden, sofern das Gesamtprinzip eines modulartig zusammensetzbaren Wärmeaustauschers beibehalten wird. Wie es insbesondere aus den Fig. 1 bis 3 ersichtlich ist, erstreckt sich an jeder Längsseite des Wärmeaustauschers um den Bereich der Längskanäle 12 bzw. 14 eine gemeinsame äußere Dich­ tung 38. Außerdem sind die Versorgungskanäle 26 und 28 an den Längsseiten von Dichtungen 40 und 42 umgeben. An jeder Längsseite können die jeweils fünf Dichtungen 38, 40, 42 durch Dichtungsstege 44 miteinander verbunden sein, um so ein zusammenhängendes Dichtungselement zu erzielen. Ferner sind die Dichtungen 40 und 42 von sich nach außen öffnenden Ablaufrinnen 50 der Verteilerköpfe 22, 24 umgeben, so daß eventuell austretende Flüssigkeit nach außen abfließt und sich nicht mit der anderen Flüssigkeit vermischen kann.

Gemäß der Ausführungsform aus den Fig. 7 und 8 lassen sich mehrere Wärmeaustauscher-Einheiten beispielsweise wechselseitig aufeinandergeschichtet zu einem größeren Wärmeaustauscher kombinieren. Dabei sind nur die äußeren Längsseiten der äußeren Wärmeaustauscher-Einheiten von Deckeln 46 und 48 abgedichtet. Dazwischen treten die Längskanäle 12, 14 jeweils zweier angrenzender Einheiten in wechselseitige Strömungsverbindung. Die Versorgungs­ kanäle 26 und 28 in den beiden Verteilerköpfen 22, 24 sind ebenfalls strömungsmäßig verbunden, so daß äußere Verbindungsleitungen zwischen den einzelnen Einheiten entfallen können. Nur die Zu- und Ableitungsöffnungen 34 und 36 einer Einheit müssen extern angeschlossen werden.

Wie es aus Fig. 7 ersichtlich ist, müssen ab der zwei­ ten Wärmeaustauscher-Einheit nur die Querkanäle einer Flüssigkeit mit den zugehörigen Versorgungskanälen ver­ bunden sein, da die Querkanäle der nächsten Wärmeaustau­ scher-Einheit hiermit in Strömungsverbindung stehen. Hierdurch wird der Gesamtaufwand an Versorgungskanälen in den Verteilerköpfen 22, 24 reduziert.

Die Dichtungen 38, 40, 42 und Ablaufrinnen 50 befinden sich an allen Längsseiten der einzelnen Wärmeaustau­ scher-Einheiten, um eine sichere Abdichtung zu gewähr­ leisten und ein gegenseitiges Vermischen der beiden Flüssigkeiten zu vermeiden.

Der erfindungsgemäße Wärmeaustauscher kann aus Druckguß, wie einer Aluminium-Legierung, hergestellt werden und ist vielseitig einsetzbar, beispielsweise als Ölkühler für einen Verbrennungsmotor. In diesem Fall kann bei­ spielsweise das Öl die gerippten Längskanäle 14 durch­ strömen, während das Kühlwasser die Längskanäle 12 im Gegenstrom durchfließt.

Claims (14)

1. Wärmeaustauscher für zwei Flüssigkeiten, insbeson­ dere Ölkühler für Öl und Wasser bei einem Verbren­ nungsmotor, mit einer mäanderförmig ausgebildeten Trennwandung zum Begrenzen von abwechselnd an entge­ gengesetzten Längsseiten offenen, längs verlaufenden parallelen Längskanälen für ein Durchströmen der beiden Flüssigkeiten in angrenzenden Längskanälen in vorzugsweise gegensätzlicher Strömungsrichtung, fer­ ner mit zwei die offenen Längskanäle verschließenden Deckeln an den entgegengesetzten Längsseiten, ferner mit jeweils zwei an beiden Enden der Längskanälen befindlichen Querkanälen, die die Längskanäle der einen Flüssigkeit einerseits und der anderen Flüs­ sigkeit andererseits miteinander verbinden, und mit zu den Querkanälen führenden Zuleitungs- sowie Ab­ leitungsöffnungen, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckel (46, 48) der Längskanäle (12, 14) unter beidseitiger Abdeckung von zwei endseitigen Verteilerköpfen (22, 24) des Wärmeaustauschers in dessen Längsrichtung verlängert ausgebildet sind, daß die jeweils zwei Querkanäle (18, 20) an den Enden der Längskanäle (12, 14) an ihren Innenseiten aneinandergrenzen sowie an ihren hierzu entgegengesetzten Außenseiten offen und von den verlängerten Deckeln (46, 48) verschließbar sind, wobei die zu einer Flüssigkeit gehörenden Querkanäle (18; 20) jeweils von einem der Deckel (46; 48) begrenzt sind, daß in jedem Verteilerkopf (22, 24) in Querrichtung nebeneinander zwei zwischen den Deckeln (46, 48) verlaufende sowie hiervon ver­ schließbare Versorgungskanäle (26, 28) für die zwei Flüssigkeiten ausgebildet sind und daß jeder Versor­ gungskanal (26, 28) mit dem zugehörigen Querkanal (18, 20) und mit einer zugehörigen Zu- oder Ablei­ tungsöffnung (34, 36) an der Stirnseite des Vertei­ lerkopfes (22, 24) verbunden oder verbindbar sind.

2. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Deckel (46, 48) an den Längsseiten auf Dichtungen (38, 40, 42) aufliegen, die den Be­ reich der längsseitig offenen Längskanäle (12, 14) und die Versorgungskanäle (26, 28) einzeln um­ schließen.

3. Wärmeaustauscher nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die jeweils fünf Dichtungen (38, 40, 42) an jeder Längsseite zusammenhängend ausgebildet und in Dichtungsnuten benachbarter Teile angeordnet sind.

4. Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Längssei­ ten die Versorgungskanäle (26, 28) von sich nach außen öffnenden Ablaufrinnen (50) umgeben sind.

5. Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch quer zur Strömungsrichtung verlaufende Rippen (16) in den Längskanälen (12, 14) zumindest einer Flüssigkeit.

6. Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die in seiner Längsrich­ tung einander gegenüberliegenden Versorgungskanäle (26, 28) an entgegengesetzten Enden des Wärmeaustau­ schers verschiedenen Gruppen von Längskanälen (12, 14) für die beiden Flüssigkeiten zugeordnet sind.

7. Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zu- und Ableitungs­ öffnungen (34; 36) jeweils einer Flüssigkeit an einen Deckel (46; 48) angrenzend ausgebildet sind.

8. Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Wärmeaustau­ scher-Einheiten ohne dazwischenbefindliche Deckel in wechselseitig umgekehrter Lage aufeinandergeschich­ tet sind, daß nur die beiden äußeren Längsseiten der beiden äußeren Wärmeaustauscher durch Deckel (46, 48) begrenzt sind, daß an der Grenzfläche jeweils zweier Wärmeaustauscher deren einander entsprechende Versorgungskanäle (26, 28) miteinander fluchtend verbunden sind, daß an den Grenzflächen jeweils zweier Wärmeaustauscher abwechselnd die zu den bei­ den Flüssigkeiten gehörenden Längs- sowie Querkanäle (12, 14; 18, 20) miteinander fluchtend verbunden sind.

9. Wärmeaustauscher nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ab der zweiten Wärmeaustauscher-Ein­ heit in jeder dieser Wärmeaustauscher-Einheiten nur die Querkanäle (18; 20) einer der Flüssigkeiten mit den zugehörigen Versorgungskanälen (26; 28) verbun­ den sind.

10. Wärmeaustauscher nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die vier Zu- und Ableitungs­ öffnungen (34, 36) nur einer der Wärmeaustauscher- Einheiten extern angeschlossen sind.

11. Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 8 bis 10, gekennzeichnet durch Dichtungen (38, 40, 42) zwi­ schen angrenzenden Wärmeaustauscher-Einheiten und zwischen diesen sowie den Deckeln (46, 48).

12. Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest der zwischen den Deckeln befindliche, beidseitig entformbare Teil des Wärmeaustauschers aus Druckguß besteht.

13. Wärmeaustauscher nach Anspruch 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Teil aus einer Aluminiumlegierung besteht.

14. Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsseiten im Be­ reich der Deckel (46, 48) durchgehend eben ausgebil­ det sind und parallel zueinander verlaufen.