DE4327213C2 - Rekuperativer Wärmetauscher, insbesondere Kühler für Kraftfahrzeuge - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft einen rekuperativen Wärmetauscher, insbesondere einen Kühler für Kühlmittel in Kraftfahrzeugen, mit ggf. luftseitig verrippten Kühlkanälen, in denen das Kühlmittel zwischen Eintritts- und Austrittssammlern strömt, wobei die Kühlmittelkanäle von wenigstens zwei gesonderten Kühlmittelsystemen in einer Einheit zusammengefaßt sind, wenigstens ein Ein- und/oder Auslaßsammler einander benach­ bart und in Richtung der Kühlmittelkanäle aufeinanderfolgend, je eine Sammlerkammer für ein gesondertes Kühlmittelsystem aufweist und die Sammlerkammern durch eine Zwischenwand voneinander getrennt sind.

Bei derartigen Kühlern, in denen das Kühlwasser des Motors rekuperativ rückgekühlt wird, werden normalerweise Kühler für andere Aggregate, wie beispielsweise Ladeluftkühler für aufgeladene Motoren oder Kühler für das Kühlmittel von Klimaanlagen, vor oder hinter dem Hauptkühler als besondere Einheiten angeordnet. Dies ergibt relativ dicke Pakete, die sich teilweise auch gegenseitig negativ beeinflussen, weil dann beispielsweise der in Fahrtrichtung hintere Block bereits vorgewärmte Kühlluft erhält. Ferner ist eine solche Anordnung montageaufwendig.

Aus dem DE 91 11 412 U1 ist ein Wärmetauscher mit den ein­ gangs erwähnten Merkmalen bekannt geworden. Bei ihm sind Flachrohre in zwei zueinander parallelen Ebenen angeordnet und oben und unten durch je einen Sammler mit zwei nebenein­ ander liegenden Sammlerkammern verbunden. Dadurch können zwei gesonderte Fluidkreisläufe geführt werden.

Bei einer weiteren Ausführung dieses Wärmetauschers ist zu­ sätzlich in einem der Fluidkreisläufe ein Zwischensammler vorgesehen, in den von beiden Seiten her die Flachrohre hineinführen. Die beiden Kammern dieses Zwischensammlers sind durch eine Zwischenwand voneinander getrennt. Beide Systeme erfordern eine flächenmäßige Trennung der unterschiedlichen Sekundärkreisläufe und sind daher schlecht unterschiedlichen Bedingungen anzupassen.

Aus der DE 25 41 424 A1 ist ein Wärmetauscher zur Beheizung eines Mediums bekannt geworden, bei dem von einem geschlosse­ nen, das Primärmedium enthaltenen Kessel an beiden Stirnsei­ ten Sammlerkammern abgetrennt sind. Ihre Trennwände verlaufen vom jeweiligen Sekundärmediumeinlaß und -auslaß sich verjün­ gend.

Aufgabe und Lösung

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Kühler zu schaffen, der die Nachteile des Standes der Technik vermeidet und insbeson­ dere bei geringem Montageaufwand den Anforderungen moderner Kraftfahrzeuge nach mehreren gesonderten Kühlmittelkreisläu­ fen Rechnung trägt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst.

Vorzugsweise können die Kühlmittel in Gruppen von einem oder mehreren abwechselnd nebeneinander und/oder hintereinander angeordnet sein. Es ergibt sich dadurch eine abwechselnd versetzte Anordnung der Kühlmittelkanäle, die es jedoch ermöglicht, in einer einzigen, auch in der Bautiefe geringe­ ren und damit bezüglich der Kühlluft-Vorerwärmung wenig kritischen Einheit mehrere Kühlmittelsysteme unterzubringen. Alle Elemente sind damit über die Kühlerfläche gleichmäßig verteilt. Äußerlich ist also für beide Kühlmittelsysteme nur ein einziger Sammler zu erkennen, in den beide Anschlüsse für das Kühlmittel hineinreichen. Insbesondere ist es vorteil­ haft, wenn die Zwischen­ wand zwischen beiden Sammlerkammern so schräg verläuft, daß von dem jeweiligen Kühlmittelein- oder -auslaß sich eine verjüngende Sammlerkammer ergibt. Bei zwei übereinander liegenden Sammlerkammern liegen dann die Ein- bzw. Auslässe im Bereich zweier einander gegenüberliegenden Seitenflächen des Kühlers. Die Keilform der jeweiligen Sammlerkammer berücksichtigt also die Abnahme des Kühlmittelvolumens, das infolge des Übertritts in die Kühlmittelkanäle in der Samm­ lerkammer strömt.

Besonders bevorzugt ist es, wenn die jeweils äußeren Samm­ lerkammern für ein gasförmiges Kühlmedium vorgesehen sind und dementsprechend die inneren für ein flüssiges. Dabei wird berücksichtigt, daß beim gasförmigen Kühlmedium die Strö­ mungsverluste im Kühler eine wesentlich größere Rolle spie­ len, so daß die von Zwischenunterteilungen freie äußere Sammlerkammer das Gas widerstandsarm führen kann, während in der inneren Sammlerkammer das flüssige Kühlmedium die diese Sammlerkammer durchdringenden, zur äußeren Sammlerkammer gehörenden Kühlmittelkanäle umströmt. Dabei ergibt sich der Vorteil, daß z. B. im Fall der Ladeluftkühlung das kreist höher temperierte Gas, d. h. die Ladeluft, im Bereich der inneren Sammlerkammern besonders wirksam durch Flüssig­ keit vor- und nachgekühlt wird, nämlich durch das in dieser Sammlerkammer strömende Kühlwasser des Kraftfahrzeugs.

Trotz der Schräganordnung sind die Kühlkanäle überall gleich lang, wenn die Sammlerkammern so angeordnet sind, daß die Schräge der Zwischenwand und damit die Schräge der Sammler­ kammern in gleicher Richtung verläuft, beispielsweise indem sie parallel angeordnet sind.

Ein besonderer Vorteil des Kühlers nach der Erfindung ist auch, daß der zur Verfügung stehende Einbauraum optimal genutzt wird. Der Kühler hat nicht nur bessere Leistungswer­ te, sondern auch eine verbesserte Festigkeit bei geringerem Gewicht.

Es ist auch möglich, eine vertikale Teilung der Sammler vorzunehmen und dadurch nebeneinander liegende Kühlsysteme zu schaffen. So können beispielsweise auch gänzlich andere und von den Bedingungen her sehr unterschiedliche Kühlsysteme in einem Kühlerblock vereinigt werden.

Der Aufbau läßt sich auch leicht aus Standardbauteilen herstellen, beispielsweise durch zwei Rohrböden, die oben und unten in einen im Querschnitt etwa U-förmigen Wasserkasten eingesetzt werden.

Figuren-Kurzbeschreibung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine schematische, perspektivische teilgeschnittene Darstellung eines Wärmetauschers,

Fig. 2 einen schematischen horizontalen Schnitt nach der Linie II-II in Fig. 1 und

Fig. 3 einen schematischen Teilschnitt durch eine Ausfüh­ rung des Wärmetauschers nach der Linie III-III in Fig. 1.

Beschreibung eines Ausführungsbeispiels

Fig. 1 zeigt einen Wärmetauscher, der als Kühler 11 für ein Kraftfahrzeug vorgesehen ist. Er besteht generell aus je einem oberen und einem unteren Sammler 12, 13. In den oberen Sammler 12 führen Einlässe 14, 15 hinein und aus dem unteren Sammler 13 Auslässe 16, 17 heraus. Dabei gehören Ein- und Auslaß 15, 17 zu einem Kühlmittelsystem bzw. -kreislauf, im vorliegenden Fall dem Kühlwasserkreislauf eines Motors, wäh­ rend die Ein- und Auslässe 14, 16 zu einem anderen Kühlmit­ telsystem, hier zum Kreislauf der Ladeluftrückkühlung des z. B. durch einen Turbolader aufgeladenen Motors gehören. Diese gasführenden Kanäle haben einen größeren Querschnitt als die wasserführenden Kanäle.

Aus Fig. 3 ist zu erkennen, daß der Sammler aus einem im wesentlichen U-förmigen Sammlergehäuse 18 gebildet ist, in das zwei Rohrböden 19, 20 eingesetzt sind. Dazu kann das Sammlergehäuse eine innere Rippe 21 haben, an der sich ein Rohrboden anlegt, während der andere den Öffnungsrand des Sammlergehäuses übergreift.

Aus Fig. 1 ist zu erkennen, daß der eine Zwischenwand 19 bildende Rohrboden die Sammler 12, 13 in jeweils zwei Samm­ lerkammern 21, 22 unterteilt, die infolge einer schrägen Anordnung des Rohrbodens 19 eine Keilform haben, die jeweils von dem zugehörigen Anschluß (Einlaß 14, 15 oder Auslaß 16, 17) hinweg sich keilförmig verjüngt.

Zwischen den beiden Sammlern 12, 13 verlaufen Kühlmittelka­ näle 24, 25 in Form von flachen Rohren, die an der Außenseite mit einer Verrippung 26 versehen sind, und zwar im Bereich zwischen den beiden Sammlern. In diesem Bereich ist die eigentliche Kühlerfläche 27 vorgesehen, wobei die Kühlluft zwischen den im wesentlichen vertikal verlaufenden Kühlmit­ telkanälen 24, 25 verläuft und die Wärme von diesen, insbe­ sondere durch die Verrippung 26 vermittelt, aufnimmt.

Es ist zu erkennen, daß die Kühlmittelkanäle jedes Systems sowohl in Strömungsrichtung 28 des Kühlmittelmediums (Luft) als auch quer dazu in Gruppen 29, 30 versetzt angeordnet sind. Die einzelnen Gruppen können je nach Kühlbedarf mehr oder weniger Kühlkanäle enthalten, wobei die Kühlkanäle ihrerseits unterschiedliche Größen haben, beispielsweise einen größeren Durchtrittsquerschnitt für Luft, um die Strömungswiderstände niedrig zu halten, und einen geringeren Querschnitt für Flüssigkeiten, wie Wasser oder Öl.

Die Anordnung ist also beim Ausführungsbeispiel in zwei hintereinander liegenden Reihen vorgesehen, in denen sich jeweils die unterschiedlichen Gruppen 29, 30 abwechseln, und zwar vorzugsweise versetzt zueinander, wobei es allerdings wegen der unterschiedlichen Größen der Gruppen auch Über­ schneidungen gibt. Bei anderen Anforderungen ist auch eine Anordnung in mehr als zwei Reihen möglich und eine Übereinan­ deranordnung von mehr als zwei Sammlerkammern.

Die Kühlmittelkanäle 24 sind in entsprechende Schlitze im Rohrboden 19 und die Kühlmittelkanäle 25 in entsprechende Schlitze im Rohrboden 20 eingelötet oder auf andere Weise eingesetzt.

Fig. 1 und 3 zeigen, daß, obwohl die Kühlmittelkanäle 24, die mit der äußeren Sammlerkammer 21 verbunden sind, die innere Sammlerkammer 22 durchdringen, ausreichend Raum neben und zwischen den einzelnen Gruppen 29 verbleibt, um das zum Einlaß 15 eingeleitete und zum Auslaß 17 ausgeleitete Kühl­ wasser innerhalb der Sammlerkammer strömen zu lassen und den Kühlmittelkanälen 25 zuzuleiten. Dabei umströmt das Kühl­ wasser, das meist ein niedrigeres Temperaturniveau hat als die Ladeluft, die durch die Wasser-Sammlerkammer 22 ragenden Luft-Kühlmittelkanäle 24 und sorgt dort für eine wirksame Wasserkühlung der Ladeluft, während die Kühlung dann in der eigentlichen Kühlfläche luftseitig fortgesetzt wird.

Es ist zu erkennen, daß dadurch ein Wärmetauscher geschaffen wurde, der mit einer geringen Teile-Zahl bei Herstellung in einem Arbeitsgang (Verlötung) zwei verschiedene Kühlsysteme integriert und vor allem eine besonders kompakte und stabile Einheit bildet.

Claims (6)

1. Rekuperativer Wärmetauscher, insbesondere Kühler für Kühlmittel in Kraftfahrzeugen mit ggf. luftseitig verrippten Kühlmittelkanälen (24, 25), in denen das Kühlmittel zwischen Eintritts- und Austrittssammlern (12, 13) strömt, wobei Kühlmittelkanäle (24, 25) von wenigstens zwei gesonderten Kühlmittelsystemen in einer Einheit zusammengefaßt sind, wenigstens ein Ein- und/oder Auslaßsammler (12, 13) einander benachbart und in Richtung der Kühlmittelkanäle (24, 25) aufeinander­ folgend je eine Sammlerkammer (21, 22) für ein gesondertes Kühlmittelsystem aufweist und die Sammler­ kammern durch eine Zwischenwand (19) voneinander ge­ trennt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die mit einer äußeren Sammlerkammer (21) eines Sammlers (12, 13) verbundenen Kühlmittelkanäle (24) die zugehörige innere Sammlerkammer (22) und die Zwischenwand (19) durchdrin­ gend angeordnet sind.

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlmittelkanäle (24, 25) in Gruppen (29, 30), von einem oder mehreren Kühlmittelkanälen abwechselnd nebeneinander und/oder hintereinander angeordnet sind.

3. Wärmetauscher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gruppen (29, 30) in Strömungsrichtung (28) des Kühlmediums jeweils abwechselnd neben- und hintereinan­ der angeordnet sind.

4. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammlerkammern (21, 22) sich vom Kühlmitteleinlaß (14, 15) bzw. Kühlmittelauslaß (16, 17) aus verjüngend ausgebildet sind.

5. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Sammler (12, 13) durch eine den Sammler (12, 13) schräg aufteilende Zwischen­ wand (19) in zwei in entgegengesetzten Richtungen sich verjüngende Sammlerkammern (21, 22) unterteilt ist.

6. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren Sammlerkammern (21) für die Führung gasförmigen Mediums vorgesehen sind.