DE60220700T2 - Wärmetauschermodul mit hauptkühler und nebenkühler - Google Patents

Wärmetauschermodul mit hauptkühler und nebenkühler Download PDF

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft den Bereich der Wärmetauscher, vor allem für Kraftfahrzeuge, und insbesondere Wärmetauscher, die aus mehreren Wärmetauschern bestehen, die übereinander angeordnet sind, um eine Konstruktionseinheit zu bilden.
  • Genauer gesagt, betrifft die Erfindung ein Wärmeaustauschmodul, das einen Hauptwärmetauscher und mindestens einen Nebenwärmetauscher umfasst, wobei jeder davon einen Eintrittssammelkasten, einen Austrittssammelkasten, ein Bündel von Rohren, in denen ein wärmeübertragendes Fluid umläuft, und Austauschflächen, die in Wärmeaustauschbeziehung mit den Rohren des Bündels stehen, umfasst, wobei der Hauptwärmetauscher und der Nebenwärmetauscher derart angeordnet sind, dass ihr Bündel von Rohren durch einen gleichen Luftstrom durchlaufen wird.
  • Wärmetauscher für Kraftfahrzeuge weisen allgemein die Form eines Bündels von Rohren zum Umlauf von Fluiden und Flächen, wie beispielsweise Rippen oder gewellte Zwischenlagen, für den Wärmeaustausch mit der äußeren Umgebung auf. Das Bündel ist zwischen zwei Sammelkästen angeordnet, die das Fluid in den Umlaufrohren verteilen. Als Ausführungsform kann der Wärmetauscher auch einen einzigen Sammelkasten umfassen, der in einen Eingangsabschnitt und einen Ausgangsabschnitt unterteilt ist.
  • Das Zusammenbauen von einem oder mehreren Nebenwärmetauschern auf dem Hauptwärmetauscher, wie beispielsweise einem Kühler eines Kraftfahrzeugmotors, um eine Einheit zu bilden, die auch Modul genannt wird, die zum Einbau im Fahrzeug bereit ist, wobei die Wärmeaustauschflächen des Moduls den unterschiedlichen Wärmetauschern gemein sein können, ist bekannt. Der Nebenwärmetauscher besteht meistens aus einem Ladeluftkühler des Motors, einem Kondensator einer Klimaanlage oder einem Ölkühler.
  • In den Wärmeaustauschmodulen dieses Typs besitzt jeder Wärmetauscher seinen eigenen Fluidumlaufkreis, in dem ein bestimmtes wärmeübertragendes Fluid umläuft. Dies führt zu einer Vervielfachung der erforderlichen Rohrleitungen. Außerdem ist es notwendig, unterschiedliche Kühlmittel zur Vorderseite des Fahrzeugs zu führen, um einen Wärmeaustausch mit der Luft der äußeren Atmosphäre durchzuführen. Die Wärmetauscher sind folglich oft entfernt von der Ausrüstung, die sie kühlen, angeordnet, was zu einer beträchtlichen Länge der Rohrleitungen und, angesichts des begrenzten verfügbaren Raums, zu Schwierigkeiten bei der Einrichtung eines Durchgangs für die Rohrleitungen unter der Motorhaube des Fahrzeugs führt.
  • Des Weiteren ist die Wärmeaustauschfläche von jedem Wärmetauscher fest. Sie entspricht der Fläche des Bündels des Wärmetauschers. Die einzige Möglichkeit zur Anpassung der Kühlung des Wärmetauschers ist das Ingangsetzen oder Anhalten der Pumpe für den Umlauf des Kühlmittels. Ein solches System bietet folglich eine geringe Fähigkeit zur Anpassung an die Ladungsbedingungen des Motors.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher das Schaffen eines Wärmeaustauschmoduls und eines Systems zur Verwaltung der Wärmeenergie, die durch den Motor des Fahrzeugs entwickelt wird, die diese Nachteile beseitigt.
  • Diese Aufgaben werden dadurch gelöst, dass das gleiche wärmeübertragende Fluid im Hauptwärmetauscher und im Nebenwärmetauscher umläuft.
  • So wird ein Gegenstand erhalten, den man "Mehrfach-Wärmetauscher" nennen kann, der zwei Wärmetauscher umfasst, die eine mechanische Konstruktionseinheit bilden, zum Beispiel dank gemeinsamer Sammelkästen, gemeinsamer Zwischenlagen, gemeinsamer Wangen oder anderer Verbindungsmittel zwischen den entsprechenden Bündeln der Wärmetauscher. Das erfindungsgemäße Modul weist indes die Besonderheit auf, dass das gleiche wärmeübertragende Fluid in den zwei Wärmetauschern umläuft, wobei das Fluid zwei unterschiedliche Temperaturen aufweisen kann, da es zum Beispiel von zwei getrennten Fluidumlaufschleifen herkommen kann, wie untenstehend erläutert.
  • So kann jeder Wärmetauscher mindestens einen Eingang und mindestens einen Ausgang für das Fluid aufweisen. Die Rohre von einem der Bündel können ferner von einem Wärmetauscher zum anderen identische Eigenschaften aufweisen, zumindest was die Rohre der Wärmetauscher betrifft, in denen das gleiche Fluid umläuft. Die Patentschrift FR-A-2349731 zeigt ein solches Modul.
  • Gemäß einer bestimmten Ausführungsform sind die Flächen für den Wärmeaustausch mit der Luft, die auch Bündel genannt werden, von einem Wärmetauscher zum anderen im Wesentlichen identisch, zumindest, was die Wärmetauscher betrifft, in denen das gleiche Fluid umläuft.
  • Gemäß der Erfindung steht der Eintrittssammelkasten des Hauptwärmetauschers über ein Durchgangsloch mit dem Eintrittssammelkasten des Nebenwärmetauschers in Verbindung.
  • Das Wärmeaustauschmodul umfasst eine Trennwand, die den Austrittssammelkasten des Hauptwärmetauschers in eine Hauptaustrittskammer und eine Nebenaustrittskammer unterteilt, wobei die Rohre des Bündels des Hauptwärmetauschers an die Hauptaustrittskammer angeschlossen sind, und der Teil des Eintrittssammelkastens des Hauptwärmetauschers an die gleichen Rohre angeschlossen ist, wodurch ein Hauptkühler gebildet wird, wobei die Rohre des Bündels des Hauptwärmetauschers, die an die Nebenaustrittskammer angeschlossen sind, und der Teil des Eintrittssammelkastens des Hauptwärmetauschers, der an diese gleichen Rohre des Nebenwärmetauschers angeschlossen ist, einen Nebenkühler bilden.
  • Dank dieser Eigenschaften kann man das gleiche wärmeübertragende Fluid in allen oder in einem Teil der Wärmetauscher zum Umlauf bringen. Es ist möglich, den Teil des Bündels, in dem das Fluid umläuft, auszuwählen. Die Erfindung ermöglicht auch das Ausführen von unterschiedlichen Ausgestaltungen des Systems zur Verwaltung der Wärmeenergie, die sich an die unterschiedlichen Ladungsbedingungen des Motors anpassen.
  • Die Austauschfläche des Nebenwärmetauschers kann um den Teil des Bündels des Hauptwärmetauschers, der mit dem Nebenwärmetauscher in Verbindung steht, vergrößert werden. So wird ein Nebenwärmetauscher mit größeren Abmessungen erhalten, ohne den Platzbedarf des Wärmeaustauschmoduls an der Vorderseite zu vergrößern, da die zwei Wärmetauscher übereinander angeordnet werden können.
  • Vorzugsweise umfasst das Modul Umschaltmittel, die das Öffnen und Schließen des Durchgangslochs zwischen dem Austrittssammelkasten des Hauptwärmetauschers und dem Eintrittssammelkasten des Nebenwärmetauschers ermöglichen.
  • Die Benutzung der Umschaltmittel ermöglicht das Variieren der Fläche des Bündels des Wärmetauschers und infolgedessen seiner Kühlkapazität. In einer bestimmten Ausführungsform sind die Umschaltmittel durch einen Kolben gebildet, der über einen Stab mit einem Bedienteil verbunden ist.
  • Das Bedienteil kann den Kolben ziehen oder schieben, um das Durchgangsloch zu schließen.
  • In einer bestimmten Ausführungsform umfasst das Modul einen Eintrittsanschlussstutzen, der an den Eintrittssammelkasten des Hauptwärmetauschers angeschlossen ist, wobei dieser einzige Anschlussstutzen dem gemeinsamen Eintritt des wärmeübertragenden Fluids in den Hauptwärmetauscher und in den Nebenwärmetauscher dient.
  • Gemäß einer anderen Ausführungsform umfasst das Modul eine Trennwand, die sich zwischen dem Teil des Eintrittssammelkastens, der zum Hauptkühler gehört, und dem Teil des Eintrittssammelkastens, der zum Nebenkühler gehört, befindet, wobei diese Trennwand den Eintrittssammelkasten des Hauptwärmetauschers in eine Haupteintrittskammer und eine Nebeneintrittskammer unterteilt, wobei ein Eintrittsanschlussstutzen zum Eintritt des wärmeübertragenden Fluids in den Hauptkühler an die Haupteintrittskammer angeschlossen ist, und ein anderer Eintrittsanschlussstutzen zum Eintritt des wärmeübertragenden Fluids in den Nebenkühler an die Nebeneintrittskammer angeschlossen ist.
  • Das Wärmeaustauschmodul kann mindestens einen dritten Wärmetauscher umfassen, der zu einem getrennten Kühlkreis gehört, in dem ein Kreislauffluid umläuft, das sich von dem wärmeübertragenden Kreislauffluid des Hauptwärmetauschers und des Nebenwärmetauschers unterscheidet.
  • In einer solchen Ausgestaltung kann das Modul die Struktur eines „Mehrfach-Wärmetauschers" beibehalten, das heißt, diejenige eines Moduls, das mehrere Wärmetauscher umfasst, die eine mechanische Konstruktionseinheit bilden, zum Beispiel dank gemeinsamer Sammelkästen, gemeinsamer Zwischenlagen, gemeinsamer Wangen oder anderer Verbindungsmittel zwischen den entsprechenden Bündeln der Wärmetauscher.
  • In einer bestimmten Ausführungsform sind die Sammelkästen des Hauptwärmetauschers und/oder des Nebenwärmetauschers durch Trennwände in mehrere Kammern unterteilt, derart, dass eine Reihe von Durchläufen für das wärmeübertragende Fluid definiert wird.
  • Die Austauschflächen können durch gemeinsame Kühlrippen gebildet sein, die den Wärmetauschern des Moduls gemein sind. Die Austauschflächen können auch durch gewellte Zwischenlagen gebildet sein, die den Wärmetauschern des Moduls gemein sind.
  • Im einen wie im anderen Fall können sie mit Mitteln zur Unterbrechung der Wärmebrücke zwischen den Wärmetauschern versehen sein, um Schwierigkeiten zu vermeiden, die beim Umlauf eines Fluids bei unterschiedlichen Temperaturniveaus von einem Wärmetauscher zum anderen in dieselben entstehen können.
  • Die Wärmeaustauschflächen können durch Löten mit den Rohren der Wärmetauscher verbunden sein. Sie können auch mechanisch mit den Rohren der Wärmetauscher verbunden sein.
  • In einer bestimmten Ausführungsform sind die Sammelkästen der Wärmetauscher aus einer Sammelplatte und einem Deckel gebildet, die durch Löten miteinander verbunden sind. In einer anderen Ausführungsform sind die Sammelkästen der Wärmetauscher aus einer Sammelplatte und einem Deckel, insbesondere aus Kunststoff, gebildet, der mechanisch auf der Sammelplatte befestigt ist.
  • Andererseits betrifft die Erfindung ein System zur Verwaltung der Wärmeenergie, die durch einen Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotor entwickelt wird, das ein Hauptnetz umfasst, das mit einer Hauptpumpe versehen ist, um ein wärmeübertragendes Kreislauffluid zwischen dem Verbrennungsmotor und einem Hauptkühler zum Umlauf zu bringen, wobei die Wärme mit der Luft der äußeren Atmosphäre ausgetauscht wird, wobei das Hauptnetz ferner eine Kurzschlussrohrleitung und eine Heizungsrohrleitung, die ein Heizgerät umfasst, und ein Nebennetz umfasst, das einen Nebenkühler und eine Nebenpumpe umfasst, und in dem das Hauptnetz und das Nebennetz durch Zusammenschaltungsmittel miteinander verbunden sind, die es ermöglichen, das wärmeübertragende Fluid auf kontrollierte Art und Weise zwischen dem Hauptnetz und dem Nebennetz zum Umlauf zu bringen, oder diesen Umlauf in Abhängigkeit vom Ladezustand des Verbrennungsmotors zu sperren, und in dem der Hauptkühler und der Nebenkühler Teil eines wie oben definierten Wärmeaustauschmoduls sind.
  • Gemäß einem anderen Gesichtspunkt betrifft die Erfindung ein Wärmeaustauschmodul, das einen Hauptwärmetauscher und zwei Nebenwärmetauscher umfasst, wobei das gleiche Fluid im Hauptwärmetauscher und in den zwei Nebenwärmetauschern umläuft.
  • Die Erfindung betrifft auch ein System zur Verwaltung der Wärmeenergie, die durch einen Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotor entwickelt wird, das einen Hochtemperaturkreis umfasst, der mit einer Hauptpumpe ausgestattet ist, um ein wärmeübertragendes Fluid zwischen dem Verbrennungsmotor und einem Hochtemperatur-Wärmetauscher zum Umlauf zu bringen, wobei Wärme mit der Luft der äußeren Atmosphäre ausgetauscht wird, wobei der Hochtemperaturkreis ferner eine Heizungsrohrleitung, die ein Heizgerät umfasst, und einen Niedrigtemperaturkreis umfasst, der einen Nebenwärmetauscher und eine Nebenpumpe umfasst, in dem der Hochtemperatur-Hauptwärmetauscher und der Nebenwärmetauscher Teil eines Wärmeaustauschmoduls, wie vorhergehend definiert, sind.
  • In einer Ausführungsform ist einer der Nebenwärmetauscher in Reihe mit einem Kondensator befestigt, der Teil eines Klimatisierungskreises der Fahrgastzelle des Kraftfahrzeugs ist.
  • Es kann auch vorgesehen werden, dass einer der Nebenwärmetauscher in Reihe mit einem Ladeluftkühler befestigt ist.
  • In einer Ausführungsform sind der Nebenwärmetauscher, der in Reihe mit dem Ladeluftkühler befestigt ist, und der Ladeluftkühler selbst Teil des Hochtemperaturkreises.
  • In einer anderen Ausführungsform sind der Nebenwärmetauscher, der in Reihe mit dem Ladeluftkühler befestigt ist, und der Ladeluftkühler selbst Teil des Niedrigtemperaturkreises.
  • Andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden beim Lesen der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen, die veranschaulichend mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen gegeben werden, ersichtlich werden. Es zeigen:
  • 1 eine perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsform eines Wärmeaustauschmoduls gemäß der vorliegenden Erfindung;
  • 2 eine perspektivische Ansicht einer zweiten Ausführungsform eines Wärmeaustauschmoduls gemäß der vorliegenden Erfindung;
  • 3 eine perspektivische Ansicht einer dritten Ausführungsform eines Wärmeaustauschmoduls gemäß der vorliegenden Erfindung;
  • 4 eine perspektivische Ansicht eines Wärmeaustauschmoduls;
  • 5 eine perspektivische Ansicht eines Wärmeaustauschmoduls;
  • 6 eine Veranschaulichung einer ersten Ausführungsform von Umschaltmitteln für ein Wärmeaustauschmodul gemäß einer der 1 bis 5;
  • 7 eine Veranschaulichung einer zweiten Ausführungsform von Umschaltmitteln für ein Wärmeaustauschmodul gemäß einer der 1 bis 5;
  • 8 eine Ansicht eines Grundrisses einer gelöteten Rippe, die für ein Wärmeaustauschmodul gemäß der vorliegenden Erfindung bestimmt ist;
  • 9 eine Schnittansicht entlang der Linie IX von 8;
  • 10 eine Schnittansicht entlang der Linie X von 8;
  • 11 und 12 Veranschaulichungen eines vollständig mechanischen Zusammenbaus eines Wärmeaustauschmoduls gemäß der vorliegenden Erfindung;
  • 13 eine Darstellung eines erfindungsgemäßen Wärmeaustauschmoduls, das einen dritten Wärmetauscher umfasst;
  • 14 eine Ansicht eines Grundrisses einer Rippe, die für das Wärmeaustauschmodul von 13 bestimmt ist;
  • 15 eine schematische Veranschaulichung eines Systems zur Verwaltung der Wärmeenergie, die durch einen Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotor entwickelt wird, gemäß der vorliegenden Erfindung;
  • 16 eine Darstellung der Ausgestaltung des Systems von 15 bei Kaltstart;
  • 17 eine Darstellung des Systems zur Verwaltung von Wärmeenergie von 15 in der Ausgestaltung bei geringer Last;
  • 18 eine Veranschaulichung des Systems zur Verwaltung von Wärmeenergie von 15 in der Ausgestaltung bei hoher Last;
  • 19 bis 22 schematische Veranschaulichungen von anderen Systemen zur Verwaltung von Wärmeenergie gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • 1 ist eine Darstellung eines Wärmeaustauschmoduls, das durch das allgemeine Bezugszeichen 2 bezeichnet wird, gemäß der vorliegenden Erfindung. Es besteht aus zwei Wärmetauschern, nämlich einem Hauptwärmetauscher, der durch das allgemeine Bezugszeichen 4 bezeichnet wird, und einem Nebenwärmetauscher, der durch das allgemeine Bezugszeichen 6 bezeichnet wird. Der Hauptwärmetauscher 4 besteht aus einem Eintrittssammelkasten 8, einem Austrittssammelkasten 10 und einem Bündel von Umlaufrohren 12, die zwischen dem Eintrittssammelkasten 8 und dem Austrittssammelkasten 10 angeordnet sind. Der Eintrittssammelkasten 8 umfasst eine Trennwand 14, die ihn in eine Haupteintrittskammer 16 und eine Nebeneintrittskammer 18 unterteilt. Desgleichen umfasst der Austrittssammelkasten 10 eine Trennwand 20, die ihn in eine Hauptaustrittskammer 22 und eine Nebenaustrittskammer 24 unterteilt. Ein Eintrittsanschlussstutzen 26 ist an die Haupteintrittskammer 16 angeschlossen und ein Eintrittsanschlussstutzen 28 ist an die Nebeneintrittskammer 18 angeschlossen.
  • Der Anschlussstutzen 26 verteilt das wärmeübertragende Fluid in den Rohren des Bündels 12, die an die Haupteintrittskammer angeschlossen sind, und der Eintrittsanschlussstutzen 28 verteilt das wärmeübertragende Fluid in den Rohren des Bündels 12, die an die Nebeneintrittskammer 18 angeschlossen sind. Die Hauptaus trittskammer 22 umfasst einen Austrittsanschlussstutzen 30, der den Austritt des wärmeübertragenden Fluids, das durch den Eintrittsanschlussstutzen 26 eingetreten ist, aus der Hauptaustrittskammer 22 ermöglicht. Die Nebenaustrittskammer 24 umfasst keinen Austrittsanschlussstutzen, sondern ein Durchgangsloch 32, das sie mit einem Eintrittssammelkasten 34 des Nebenwärmetauschers 6 verbindet. Letzterer besitzt ferner einen Austrittssammelkasten 36 und ein Bündel von Rohren 38, das zwischen dem Eintrittssammelkasten 34 und dem Austrittssammelkasten 36 angeordnet ist. Ein Austrittsanschlussstutzen 40 ist an den Austrittssammelkasten 36 angeschlossen. Das Durchgangsloch 32 kann mit Hilfe der Umschaltmittel, die unten beschrieben werden, geöffnet oder geschlossen werden.
  • Das Bündel von Rohren 12 des Hauptwärmetauschers 4 und das Bündel von Rohren 38 des Nebenwärmetauschers 6 werden durch einen gleichen Luftstrom durchlaufen, der durch den Pfeil 42 schematisch dargestellt wird. Die zwei Wärmetauscher sind derart angeordnet, dass der Nebenwärmetauscher 6 zuerst durch den Luftstrom 42 gekühlt wird. Die Rohre des Bündels 12 werden so durch einen Luftstrom gekühlt, der sich bereits im Kontakt mit den Rohren des Bündels 38 des Nebenwärmetauschers 6 erwärmt hat.
  • Der Teil der Rohre des Bündels 12 des Hauptwärmetauschers 4, der an die Haupteintrittskammer 16 und die Hauptaustrittskammer 22 angeschlossen ist, bildet im folgenden Fall einen Hauptkühler 196 (siehe 1518). Der Teil der Rohre des Bündels 12 des Hauptwärmetauschers 4, der in Reihe mit dem Bündel der Rohre 38 des Nebenwärmetauschers an die Nebeneintrittskammer 18 und an die Nebenaustrittskammer 24 angeschlossen ist, bildet im folgenden Fall einen Nebenkühler 200 (siehe 1518). Da die Temperatur des wärmeübertragenden Fluids am Ausgang des Nebenkühlers 200 niedriger ist als die Austrittstemperatur dieses gleichen Fluids am Ausgang des Hauptkühlers 196, werden der Nebenkühler nachfolgend auch Niedrigtemperaturkühler (B. T.) und der Hauptkühler Hochtemperatur-Hauptkühler (H. T.) genannt. Das Wärmeaustauschmodul 2 der Erfindung kann so zwei Temperaturniveaus erzeugen, zum Beispiel eine hohe Temperatur von ungefähr 100°C und eine niedrige Temperatur von ungefähr 60°C. Der Hochtemperaturkühler ist dazu bestimmt, einen Teil eines Hochtemperaturkreises zu bilden und den Verbrennungsmotor des Kraftfahrzeugs, sowie Ausrüstungen, die nicht bis auf eine niedrige Temperatur gekühlt werden müssen, zu kühlen. Im Gegensatz dazu ist der Niedrigtemperaturkühler an ein Netz angeschlossen, das Niedrigtemperaturnetz genannt wird, und er ist dazu bestimmt, das Fluid zu kühlen, für das die Temperatur des Kühlkreises des Motors zu hoch ist.
  • Das Umlaufen des wärmeübertragenden Fluids im Wärmeaustauschmodul 2 von 1 erfolgt auf die folgende Art und Weise. Das heiße Fluid des Hauptkreises oder Hochtemperaturkreises dringt über den Eintrittsanschlussstutzen 26 der Haupteintrittskammer in den Hauptkühler 196 ein, wie durch den Pfeil 44 schematisch dargestellt, durchläuft die Rohre 12 des Bündels, das an die Haupteintrittskammer 16 angeschlossen ist, und dringt in die Hauptaustrittskammer 22 ein. Das abgekühlte wärmeübertragende Fluid tritt durch den Anschlussstutzen 30 aus der Hauptaustrittskammer 22 aus, wie durch den Pfeil 46 schematisch dargestellt.
  • Das warme wärmeübertragende Fluid des Nebenkreises oder Niedrigtemperaturkreises dringt über den Eintrittsanschlussstutzen 28 in die Nebeneintrittskammer 18 ein, wie durch den Pfeil 48 schematisch dargestellt. Es durchläuft den Teil der Rohre des Bündels 12, der an die Nebeneintrittskammer 18 und an die Nebenaustrittskammer 24 angeschlossen ist. Es dringt in die Nebenaustrittskammer 24 ein und fließt durch das Durchgangsloch 32 in den Eintrittssammelkasten 34 ein, wie durch die Pfeile 50 schematisch dargestellt. Das Fluid durchläuft dann die Rohre des Bündels 38, gemäß der Figur von links nach rechts, um in den Austrittssammelkasten 36 einzudringen. Das abgekühlte wärmeübertragende Fluid tritt durch den Austrittsanschlussstutzen 40 wieder aus, wie durch den Pfeil 52 schematisch dargestellt. Das wärmeübertragende Fluid, das im Hauptkühler umläuft, ist das gleiche wie dasjenige, das im Nebenkühler umläuft.
  • In 2 wird eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform des Wärmeaustauschmoduls 2 von 1 dargestellt. Sie unterscheidet sich durch die Tatsache, dass der Eintrittssammelkasten 8 des Hauptwärmetauschers 4 anstatt der Anschlussstutzen 26 und 28 der Ausführungsform von 1 einen einzigen Eintrittsanschlussstutzen 26 umfasst. Des Weiteren umfasst der Eintrittssammelkasten 8 keine Trennwand 14. Sein Volumen ist folglich nicht in eine Haupteintrittskammer 16 und eine Nebeneintrittskammer 18 unterteilt. Der Eintrittsanschlussstutzen 26 dient gleichzeitig dem Eintritt des wärmeübertragenden Fluids vom Hauptnetz oder Hochtemperaturnetz und des wärmeübertragenden Fluids vom Nebennetz oder Niedrigtemperaturnetz, wie durch den Pfeil 44 schematisch dargestellt. Im Eintrittssammelkasten 8 dringt ein Teil des Fluids in die Rohre des Bündels 12 ein, die an die Hauptaustrittskammer 22 angeschlossen sind, und der Rest des Fluids dringt in den Teil der Rohre des Bündels 12 ein, der an die Nebenaustrittskammer 24 angeschlossen ist.
  • Der Austrittssammelkasten 10 ist dagegen durch eine Trennwand 20 auf die gleiche Weise wie in der Ausführungsform von 1 in eine Hauptaustrittskammer 22 und eine Nebenaustrittskammer unterteilt.
  • In 3 wird eine Ausführungsform des in 2 dargestellten Wärmeaustauschmoduls der Erfindung dargestellt. Wie die Ausführungsform von 2 umfasst Letzterer einen einzigen Eintrittsanschlussstutzen 26, der an den Eintrittssammelkasten 8 des Hauptwärmetauschers 2 angeschlossen ist. Der Unterschied zwischen den zwei Ausführungsformen beruht auf der Tatsache, dass der Eintrittssammelkasten 34 des Nebenwärmetauschers 6 eine Trennwand 58 umfasst, die ihn in eine untere Kammer 60 und eine obere Kammer 62 unterteilt. Auf die gleiche Weise umfasst der Austrittssammelkasten 36 des Nebenwärmetauschers 6 eine Trennwand 64, die ihn in eine untere Kammer 66 und eine obere Kammer 68 unterteilt.
  • Auf diese Weise läuft das wärmeübertragende Fluid in den Rohren des Bündels 38 des Nebenwärmetauschers 6 um, indem es eine Reihe von Umläufen in Hin- und Rückrichtung zwischen dem Eintrittssammelkasten 34 und dem Austrittssammelkasten 36 durchführt. Diese Umläufe in Hin- und Rückrichtung werden Durchläufe genannt. Im dargestellten Beispiel sind drei Durchläufe vorhanden. Nachdem es über das Durchgangsloch 32 in die untere Kammer 60 eingedrungen ist, wie schematisch durch den Pfeil 70 dargestellt, läuft das Fluid gemäß der Figur von links nach rechts um, um in die untere Kammer 66 des Austrittssammelkastens 36 einzudringen. Es verteilt sich in dieser Kammer und läuft, gemäß der Figur von links nach rechts, in die Rohre des Bündels 38, um die obere Kammer 62 des Eintrittssammelkastens 34 zu erreichen, läuft dann wieder, gemäß der Figur, von rechts nach links um, wie durch den Pfeil 74 schematisch veranschaulicht, um in die obere Kammer 68 des Austrittssammelkastens 36 einzudringen. Das kalte wärmeübertragende Fluid verlässt anschließend die obere Kammer 68 über den Austrittsanschlussstutzen 40, wie durch den Pfeil 52 schematisch dargestellt.
  • Im dargestellten Beispiel erfolgt der Umlauf des wärmeübertragenden Fluids in den Hauptkühler oder Hochtemperaturkühler in einem einzigen Durchlauf. Es versteht sich indes von selbst, dass der Hauptkühler gleichfalls Trennwände umfassen könnte, die den Wänden 58 und 64 ähnlich sind, damit der Umlauf des Fluids in mehreren Durchläufen erfolgt. Des Gleichen könnte der Nebenkühler mehr Trennwände umfassen, um die Anzahl von Durchläufen zu erhöhen.
  • In 4 wird eine andere Ausführungsform des Wärmeaustauschmoduls 2 dargestellt. Sie unterscheidet sich von den vorhergehenden, die mit Bezug auf 1 und 3 veranschaulicht und beschrieben wurden, durch die Tatsache, dass der Austrittssammelkasten 10 des Hauptwärmetauschers 4 keine Trennwand umfasst, die sein inneres Volumen in zwei Kammern unterteilt. Infolgedessen unterscheidet der Hauptkühler oder Hochtemperaturkühler 196 sich nicht vom Hauptwärmetauscher oder Hochtemperatur-Wärmetauscher 4. Desgleichen unterscheidet der Nebenkühler 200 sich nicht vom Nebenwärmetauscher 6.
  • Der Umlauf des Fluids in diesem Wärmeaustauschmodul erfolgt auf die folgende Art und Weise. Das wärmeübertragende Fluid des Hauptkreises dringt über den Eintrittsanschlussstutzen 80 in den Eintrittssammelkasten 8 des Hauptwärmetauschers 4 ein, wie durch den Pfeil 82 schematisch dargestellt. Es durchströmt die Rohre des Bündels 12, gemäß der Figur von links nach rechts, um den Austrittssammelkasten 10 zu erreichen, aus dem es abgekühlt durch den Austrittsanschlussstutzen 84 austritt, wie durch den Pfeil 86 schematisch dargestellt. Das Fluid des Nebenkreises oder Niedrigtemperaturkreises dringt über den Anschlussstutzen 88 in den Sammelkasten 36 des Nebenkühlers ein, wie schematisch durch den Pfeil 90 dargestellt. Es durchströmt die Rohre des Bündels 38, gemäß der Figur von links nach rechts, um in den Austrittssammelkasten 34 einzudringen und durch den Anschlussstutzen 92 wieder auszutreten, wie durch den Pfeil 94 schematisch dargestellt.
  • Es kann sein, dass zwischen dem Hauptkühler und dem Nebenkühler kein Durchgangsloch vorhanden ist. In diesem Fall erfolgt der Umlauf des Fluids zwischen dem Hauptnetz und dem Nebennetz über Verbindungsmittel außerhalb des Wärmeaustauschmoduls, wie beispielsweise Ventile. Das Wärmeaustauschmodul 2 von 4 kann gleichfalls ein Durchgangsloch 32 umfassen, das den Austrittssammelkasten 10 des Hauptwärmetauschers mit dem Eintrittssammelkasten 34 des Nebenwärmetauschers in Verbindung bringt, wie dargestellt. Das Durchgangsloch 32 kann durch Umschaltmittel geöffnet und geschlossen werden, die unten beschrieben werden. Diese Anordnung ermöglicht das Variieren der Wärmeaustauschkapazität, indem das Fluid im ganzen oder in einem Teil des Letzteren zum Umlauf gebracht wird.
  • In 5 wird eine andere Ausführungsform eines Wärmeaustauschmoduls 2 dargestellt. Diese Ausführungsform ist der Ausführungsform von 4 insofern ähnlich, als dass der Austrittssammelkasten des Hauptwärmetauschers 4 keine Trennwand umfasst, die ihn in eine Hauptaustrittskammer und eine Nebenaustrittskammer unterteilt. Das innere Volumen dieses Kastens bildet somit einen einzigen Raum. Der Umlauf des wärmeübertragenden Fluids im Hauptwärmetauscher 4 erfolgt daher auf die gleiche Weise wie in der Ausführungsform, die in 4 dargestellt wird.
  • Der Austrittssammelkasten 36 des Hauptwärmetauschers 6 umfasst eine Trennwand 96, die ihn in eine untere Kammer 98 und eine obere Kammer 100 unterteilt. Das wärmeübertragende Fluid des Niedrigtemperaturkreises dringt über den Eintrittsanschlussstutzen 102 in die obere Kammer 100 ein, wie durch den Pfeil 104 dargestellt. Es durchströmt den oberen Teil der Rohre des Bündels, die über der Trennwand 96 angeordnet sind, gemäß der Figur von rechts nach links, um den Sammelkasten 34 zu erreichen und sich in Letzterem zu verteilen, wie durch den Pfeil 106 schematisch dargestellt, dann durchströmt es den unteren Teil der Rohre des Bündels 38, der sich unter der Trennwand 96 befindet, gemäß 5 von rechts nach links, um in die untere Kammer 98 des Sammelkastens 36 zurückzukehren. Das abgekühlte Nebenfluid verlässt die untere Kammer 98 über den Austrittsanschlussstutzen 110, wie durch den Pfeil 112 schematisch dargestellt. Der Nebenkühler umfasst somit zwei Durchläufe. Er könnte indes mehr davon umfassen, zum Beispiel drei oder vier.
  • Das Wärmeaustauschmodul von 5 unterscheidet sich des Weiteren durch die Tatsache, dass die Austauschflächen 114 in Wärmeaustauschbeziehung mit den Rohren des Bündels 12 des Hauptwärmetauschers 4 und 38 des Nebenwärmetauschers 6 durch gewellte Zwischenlagen gebildet sind.
  • Wie vorhergehend bereits erörtert, kann das Durchgangsloch 32 zwischen dem Sammelkasten 10 des Hauptwärmetauschers 4 und dem Sammelkasten 34 des Nebenwärmetauschers 6 durch Umschaltmittel geöffnet und geschlossen werden. In den 6 und 7 werden zwei Ausführungsbeispiele von solchen Umschaltmitteln dargestellt. Ein Bedienteil 120 aus einem Stück mit einer Wand des Eintrittssammelkastens 34 des Nebenwärmetauschers 6 betätigt einen Stab 122, der einen Kolben 124 trägt. Wenn das Bedienteil 120 den Stab 122 zieht, wird der Kolben 124, der eine Dichtung umfasst, zum Eingang des Durchgangslochs 32 gezogen, das zum Beispiel durch ein Distanzrohr 126 gebildet ist, und er verschließt dieses Loch. Wenn das Bedienteil 120 im Gegenteil den Stab 122 schiebt, entfernt der Kolben 124 sich von der Öffnung des Durchgangslochs 32, wodurch der Umlauf des Fluids ermöglicht wird, wie schematisch durch die Pfeile 128 dargestellt.
  • Die Ausführung der Bedienmittel in 7 ist identisch, mit Ausnahme der Tatsache, dass der Kolben 124 sich im Inneren des Austrittssammelkastens 34 des Nebenwärmetauschers 6 befindet, anstatt sich im Inneren des Austrittssammelkastens 10 des Hauptwärmetauschers 4 zu befinden. So wird, wenn das Bedienteil den Kolben 124 zum Distanzrohr 126 schiebt, das Durchgangsloch 32 geschlossen. Umgekehrt entfernt der Kolben 124 sich vom Distanzrohr 126, wenn das Bedienteil 120 am Stab 122 zieht, wodurch das Durchgangsloch 32 geöffnet und der Durchgang des Fluids ermöglicht wird, wie durch die Pfeile 128 schematisch gezeigt.
  • Es bestehen unterschiedliche Technologien zur Ausführung von Wärmetauschern für Kraftfahrzeuge. Gemäß einer ersten Technologie werden die Wärmetauscher in einem einzigen Arbeitsschritt durch Löten zusammengebaut. Gemäß einer anderen Technologie werden die Wärmetauscher teilweise durch Löten und teilweise durch mechanische Mittel zusammengebaut. Die Wärmeaustauschflächen, die in Wärmeaustauschbeziehung mit den Rohren des Bündels sind, die durch gewellte Zwischenlagen oder durch flache und feine Rippen gebildet werden können, werden dann durch Löten an den Rohren zusammengebaut, während der Deckel der Sammelkästen mechanisch mit der Sammelplatte des Wärmetauschers zusammengebaut wird. In 8 bis 10 wird die gemischte Art des Zusammenbaus dieses Typs veranschaulicht.
  • 8 stellt eine feine Rippe 130 für ein Wärmetauschmodul der Erfindung dar, wie diejenigen, die in 1 bis 5 beschrieben und dargestellt werden. Die Rippe 130 weist die Form eines sehr langen Rechtecks auf, das zwei lange Seiten 132 umfasst, in denen längliche Ausschnitte 134 vorgesehen sind, die mit einem abgerundeten Ende enden, das dazu bestimmt ist, die Rohre des Bündels 12 des Hauptwärmetauschers 4 und die Rohre des Bündels 38 des Nebenwärmetauschers 6 aufzunehmen. Des Weiteren umfasst die Rippe 130 quadratische Perforationen 136, die zwischen zwei Reihen von Rohren angeordnet sind und die dazu bestimmt sind, die Wärmebrücke zwischen dem Bündel von Rohren 12 und dem Bündel von Rohren 38 zu beschränken.
  • In 9 wird eine Schnittansicht entlang einer Linie IX von 8 dargestellt. Die Sammelkästen 8 und 36 (siehe 1 bis 5) werden mit Hilfe eines einzigen Teils 140 ausgeführt, das eine Trennwand 142 umfasst. Die Rohre der Bündel 12 und 38 werden durch Löten in einem einzigen Arbeitsschritt mit der Sammelplatte 144 zusammengebaut. Die Dichtungen 146 werden zwischen der Sammelplatte 144 und dem Teil 140 angeordnet. Die Sammelplatte 144 umfasst einen gebördelten Rand 148, der am Ende des Teils 140 gebördelt ist, um sie auf dichte Weise gegen die Dichtungen 142 angewandt zu halten. So wird ein mechanischer Zusammenbau der Sammelkästen 8 und 36 auf der Sammelplatte 144 ausgeführt.
  • In dieser Figur ist auch die Unterbrechung der Fläche der Rippen 130 in Höhe der Perforationen 136 anzumerken. Es wird ebenfalls auf das Vorhandensein der Anschlussstutzen 26 und 40 hingewiesen.
  • In 10 wird eine Schnittansicht entlang der Linie X von 8 dargestellt. Diese Ansicht ist identisch mit derjenigen von 9, mit Ausnahme der Tatsache, dass die Schnittebene nicht die Aussparungen 136 durchquert, derart, dass die Fläche der Rippen 130 kontinuierlich ist. Andererseits zeigt die Schnittebene den ununterbrochenen Schnitt der Sammelplatte 144.
  • Gemäß noch einer anderen Technologie, können die Teile, die den Wärmetauscher bilden, ausschließlich mit mechanischen Mitteln wie beispielsweise durch Bördelverbindung zusammengebaut werden. In 11 und 12 wird eine solche Ausführung veranschaulicht. Die Rippe 150 (11) umfasst zwei längliche Seiten 152, die Perforationen mit der Form einer Ellipse 154 aufweisen, die zum Einführen der Rohre des Bündels 12 des Hauptwärmetauschers 4 und der Rohre des Bündels 38 des Nebenwärmetauschers 6 abgeflacht sind. Diese Perforationen sind vollständig geschlossen, da das Ausführen eines Thermokontakts zwischen der Außenwand der Rohre der Bündel 12 und 38 und den Rippen 150 erforderlich ist, indem die Rohre mittels einer Ausbauchung aufgeweitet werden. Die Rippe 150 umfasst gleichfalls Perforationen 156 in Quadratform, die den Rohren gegenüberstehend angeordnet sind, um eine Wärmebrücke zwischen den zwei Wärmetauschern zu vermeiden.
  • In 12 umfasst die Sammelplatte 158 eine Dichtung 160, die das Ausführen eines dichten Anschlusses mit dem Teil 140 ermöglicht, in dem die Sammelkästen 8 und 36 gebildet sind. Die Rohre der Bündel 12 und 38 sind aufgeweitet, um einen Thermokontakt mit der Sammelplatte 158 auszuführen.
  • In 13 wird eine perspektivische Ansicht einer anderen Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Das dargestellte Wärmeaustauschmodul umfasst einen dritten Wärmetauscher, der durch das allgemeine Bezugszeichen 164 bezeichnet wird. Dieser zusätzliche Wärmetauscher wird durch den gleichen Luftstrom 42 durchlaufen, wie der Nebenwärmetauscher 6 und der Hauptwärmetauscher 4. Des Weiteren ist er vor dem Nebenwärmetauscher 6 angeordnet, derart, dass er als erstes gekühlt wird. Ein zusätzlicher Wärmetauscher, wie der Wärmetauscher 164 wird in das Wärmeaustauschmodul der Erfindung integriert, wenn Fluide, die sich vom wärmeübertragenden Fluid der Haupt- und Nebennetze unterscheiden, durch die Luft der Umgebung gekühlt werden sollen, wie beispielsweise das wärmebildende Fluid des Klimatisierungskreises, wenn das Kühlsystem keinen Wasserkondensator aufweist. Der Wärmetauscher 164 könnte ebenfalls ein Kühler für das Schmieröl des Getriebes oder des Motors sein.
  • Der zusätzliche Wärmetauscher 164 kann in irgendeiner Ausführungsform eines Wärmeaustauschmoduls der Erfindung und insbesondere in irgendeiner der Ausführungsformen, die mit Bezug auf 1 bis 5 beschrieben wurden, vorgesehen werden.
  • In 14 wird eine ebene feine Rippe 166 des gelöteten Typs dargestellt, die der Rippe 130 ähnlich ist, die in 8 dargestellt wird. Die Rippe 166 weist die Form eines sehr lang gezogenen Rechtecks auf, das zwei lange Seiten 168 aufweist, in denen zwei längliche und an ihren Enden abgerundete Ausschnitte vorgesehen sind. Diese Ausschnitte sind indes von zwei Typen. Die Ausschnitte 170 sind dazu vorgesehen, um eine einzige Reihe von Rohren zu empfangen, nämlich die Rohre des Bündels 12 und des Hauptwärmetauschers 4. Im Gegensatz dazu sind die Ausschnitte 172 tiefer. Sie sind vorgesehen, um zwei Reihen von Rohren, nämlich die Rohre 38 des Nebenwärmetauschers 6 und die Rohre 174 des zusätzlichen Wärmetauschers 164 zu empfangen. So ist die Rippe 166 den Wärmetauschern gemein. Es wird des Weiteren darauf hingewiesen, dass sie quadratische Perforationen 176 aufweist, die den Aussparungen 170 und 172 gegenüber angeordnet sind, und die wie bereits erörtert dazu bestimmt sind, eine Wärmebrücke zwischen den Reihen von Rohren zu vermeiden.
  • In 15 wird ein System zur Verwaltung der Wärmeenergie, die durch einen Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotor entwickelt wird, dargestellt, das ein Wärmeaustauschmodul 2 gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst. Dieses Verwaltungssystem ist aus einem Hauptnetz, das schematisch durch das Rechteck mit gemischten Strichen 180 dargestellt wird, und einem Nebennetz, das schematisch durch das Rechteck aus gemischten Strichen 182 dargestellt wird, gebildet. Das Hauptnetz 180 umfasst einen inneren Verbrennungsmotor 186 und eine Hauptpumpe 188, die das wärmeübertragende Fluid im Hauptnetz, insbesondere im Motor 186, zum Umlauf bringt. Das Hauptnetz umfasst gleichfalls eine Abzweigung, auf der ein Heizkörper 190, auch Heizgerät genannt, befestigt ist. Wahlweise kann es noch eine Abzweigung umfassen, auf der Wärmetauscher befestigt sind, die die Wärme mit dem wärmeübertragenden Fluid des Hauptnetzes austau schen, und die zur Kühlung von Ausrüstung des Fahrzeugs bestimmt sind, wie beispielsweise ein Abgaskühler 192 oder ein Motorschmierölkühler 194. Das Hauptnetz umfasst schließlich eine Abzweigung auf der der Hauptkühler 196 befestigt ist, und eine Abzweigungsrohrleitung 198, die das Kurzschließen des Hauptkühlers 196 ermöglicht.
  • Das Nebennetz 182 ist aus einer Umlaufpumpe 199 gebildet, die das wärmeübertragende Fluid im Nebenkühler oder Niedrigtemperaturkühler 200 zum Umlauf bringt. Das Niedrigtemperaturnetz kann wahlweise auch Wärmetauscher von Ausrüstungen umfassen, die zum Kühlen von wahlfreien Ausrüstungen des Fahrzeugs dienen, wie beispielsweise ein Ladeluftkühler 202 und ein Kondensator einer Klimaanlage 204. Das Durchgangsloch 32 zwischen dem Kühler 196 und dem Nebenkühler 200 wird schematisch durch einen Pfeil dargestellt.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass die Bezugszeichen 196 und 200 hier den Hauptkühler und den Nebenkühler und nicht den Hauptwärmetauscher 4 und den Nebenwärmetauscher 6 bezeichnen. Tatsächlich kann der Hauptkühler, wie vorhergehend erörtert, mit dem Hauptwärmetauscher identisch sein, und desgleichen kann der Nebenkühler mit dem Nebenwärmetauscher identisch sein. Der Nebenkühler 200 wird indes meistens durch den Nebenwärmetauscher 6 und einem mehr oder weniger bedeutenden Teil des Bündels des Hauptwärmetauschers 4 gebildet, während der Hauptkühler 196 nur einen Teil des Hauptwärmetauschers 4 einnimmt.
  • Zusammenschaltungsmittel ermöglichen das Verbinden des Hauptnetzes 180 und des Nebennetzes 182. Im dargestellten Beispiel sind die Zusammenschaltungsmittel aus einem 4-Wege-Ventil 206 und einem 3-Wege-Ventil 208 gebildet.
  • Das Wärmeaustauschmodul 2, das im System zur Verwaltung der Wärmeenergie von 15 verwendet wird, umfasst einen einzigen gemeinsamen Eingang in das Hauptnetz und das Nebennetz und zwei Ausgänge. Es entspricht den Ausführungsformen, die in den 2 und 3 dargestellt werden.
  • Des Weiteren wird darauf hingewiesen, dass der Hauptkühler 196 einen gemeinsamen Teil mit dem Hauptnetz 180 und dem Nebennetz 182 bildet.
  • Das Ventil 206 ermöglicht den Umlauf des wärmeübertragenden Fluids in das Heizgerät 190, in die Abzweigungsrohrleitung 198 und den Kühler 196.
  • In 16 wird die Ausgestaltung des Systems zur Verwaltung der Wärmeenergie von 15 in einer Kaltstartausgestaltung mit Beheizung der Fahrgastzelle des Fahrzeugs dargestellt. In dieser Ausgestaltung erzeugen der Hauptkühler 196 und der Nebenkühler 200 kaltes Wasser zum Zuführen in die Wärmetauscher des Typs eines Kondensators einer Klimaanlage, um einen schnellstmöglichen Anstieg der Temperatur des Verbrennungsmotors 186 zu erhalten, wobei das wärmeübertragende Fluid des Hauptnetzes 180 der Abzweigungsrohrleitung 198 folgt, derart, dass dessen Abkühlung im Hauptkühler 196 vermieden wird.
  • 17 stellt eine Ausgestaltung bei geringer Last des Verbrennungsmotors dar. Der Hauptkühler 196 und der Nebenkühler 200 erzeugen kaltes Wasser zum Zuführen in die Wärmetauscher des Typs eines Kondensators einer Klimaanlage 204 und eines Ladeluftkühlers 202. Das wärmeübertragende Fluid durchläuft die zwei Kühler nacheinander. Das Ventil 206 gewährleistet eine Regelung der Temperatur des Motors 186. Wenn die Temperatur des Letzteren unterhalb eines Schwellenwerts, zum Beispiel 100°C, liegt, folgt das Fluid der Abzweigungsrohrleitung 198. Wenn die Temperatur des Motors über diese Temperatur ansteigt, wird ein bestimmter Teil, zum Beispiel 10 oder 20%, der Menge des wärmeübertragenden Fluids, das den Hauptkühler durchläuft, in das Hauptnetz 180 eingeführt, um den Motor zu kühlen.
  • 18 stellt eine Ausgestaltung bei hoher Last des Motors 186 dar. Das Ventil 206 ist derart angeordnet, dass der Hauptkühler 196 kaltes Wasser zum Kühlen des Motors 186 erzeugt, und der Nebenkühler 200 erzeugt kaltes Wasser, um die Wärmetauscher der Ausrüstung 202 und 204 zu kühlen. Das 4-Wege-Ventil 206 gewährleistet die Regelung der Temperatur des Motors, indem es die Ausflussmengen des wärmeübertragenden Fluids zwischen der Abzweigungsrohrleitung 198 und dem Hauptkühler 196 verteilt. Diese Ausgestaltung entspricht einer hohen Last des Motors, in der es erforderlich ist, dass eine bedeutende Menge von wärmeübertragendem Fluid zum Umlauf gebracht wird, um die Wärmeleistung abzuführen, die durch den Letzteren abgeworfen wird. Diese Ausgestaltung kann auch einem Fahrzeug entsprechen, das im Winter mit ausgeschalteter Klimaanlage fährt und wenn außerdem keine Kühlung der Ladeluft gewünscht wird.
  • 19 bis 22 veranschaulichen andere Systeme zur Verwaltung der Wärmeenergie, die durch einen Verbrennungsmotor entwickelt wird, die mit demjenigen von 15 verwandt sind. Die Bauteile, die denjenigen von 15 entsprechen, werden durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Diese unterschiedlichen Systeme weisen Schleifen auf, die miteinander in Wechselwirkung stehen können, aber die Erfindung betrifft auch Schleifen, die nicht in Wechselwirkung stehen.
  • Das System von 19 unterscheidet sich insbesondere durch die Tatsache von demjenigen der 15, dass die Kühler 196 und 200 nicht durch die Durchgangsöffnung 32 miteinander in Verbindung stehen. Des Weiteren sind die Anordnungen der Ventile 206 und 208 der Pumpe 199 unterschiedlich und es liegt ein anderes Ventil 210 auf einer Rohrleitung zwischen dem Ölkühler 194 und dem Hauptkühler 196.
  • Das System von 20 ist demjenigen von 15 sehr nahe. Auch hier stehen die Kühler 196 und 200 nicht miteinander in Verbindung. Der Kühler 200 ist über eine Rohrleitung 212, in die eine Rohrleitung 214 einmündet, die zum Ventil 208 führt, mit der Pumpe 199 verbunden.
  • Das System von 21 ist demjenigen von 15 nahe, aber die Schleifen, die mit den Kühlern 196 und 200 verbunden sind, sind miteinander nur durch ein gemeinsames Expansionsgefäß 216 verbunden. Dieses ist über zwei Rohrleitungen 218 und 220, die jeweils oberhalb der Pumpen 188 und 199 einmünden, mit den zwei Schleifen verbunden. Wie im Fall der 19 und 20 stehen die Kühler 196 und 200 nicht über ein Durchgangsloch 32 miteinander in Verbindung.
  • Das System von 22 ist demjenigen von 21 nahe, aber die Kühler 196 und 200 stehen über eine Durchgangsöffnung miteinander in Verbindung, wie durch den Pfeil symbolisch dargestellt. Des Weiteren wurde das gemeinsame Expansionsgefäß beseitigt.
  • Es kann auch noch eine andere Ausführungsform eines Systems zur Verwaltung der Wärmeenergie, die durch einen Verbrennungsmotor entwickelt wird, das ein Wärmeaustauschmodul gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst, ins Auge gefasst werden. Dieses Verwaltungssystem besteht aus einem Hochtemperaturkreis und einem Niedrigtemperaturkreis.
  • In dieser Ausführungsform ist das Wärmeaustauschmodul aus drei Reihen von Rohren gebildet, nämlich einer ersten Reihe von Rohren, einer zweiten Reihe von Rohren und einer dritten Reihe von Rohren. Die Reihenfolge der Reihen von Rohren wird in Bezug auf die Richtung des Luftstroms, der sie durchläuft, bestimmt. Die Reihe von Rohren, die sich in Bezug auf das Ausströmen des Luftstroms oberhalb befindet, wird als erstes durchströmt und genießt die niedrigste Lufttemperatur. Die nachfolgende Reihe von Rohren wird durch den Luftstrom durchströmt, der sich im Kontakt mit den Rohren der ersten Reihe erwärmt hat. Sie ist daher weniger gekühlt als die erste Reihe. Schließlich ist die dritte Reihe von Rohren die am schlechtesten gekühlte Reihe, weil die Luft bereits die ersten zwei Reihen durchströmt hat und sich folglich im Kontakt damit erwärmt hat. Folglich wird das Kühlmittel, das in der ersten Reihe von Rohren umläuft, besser gekühlt als das Fluid, das in der zweiten Reihe von Rohren umläuft, das selbst besser gekühlt ist, als das wärmeübertragende Fluid, das die dritte Reihe von Rohren durchströmt.
  • In dieser Ausführungsform sind die Eintritts- und Austrittssammelkästen nicht unterteilt. Folglich bildet jede Reihe von Rohren einen Wärmetauscher. Es handelt sich somit genauso um einen Wärmetauscher wie um eine Reihe von Rohren. Folglich besteht das Wärmeaustauschmodul aus drei übereinander angeordneten Wärmetauschern, die durch einen gleichen Luftstrom durchströmt werden. Die Wärmetauscher können über gemeinsame Rippen oder Zwischenlagen verfügen, die dazu führen, dass das Modul physisch verbunden ist. Das gleiche Kühlmittel, nämlich die Kühlflüssigkeit des Motors, ist in den drei Wärmetauschern im Umlauf.
  • Die Wärmetauscher der zweiten und dritten Reihe sind Teil eines Hochtemperaturkreises, während der Wärmetauscher der ersten Reihe Teil eines Niedrigtemperaturkreises ist.
  • Der Hochtemperaturkreis umfasst des Weiteren, wie vorhergehend beschrieben, einen internen Verbrennungsmotor und eine Hauptpumpe, die das wärmeübertragende Fluid im Hochtemperaturkreis zum Umlauf bringt. Er umfasst auch eine Abzweigung, auf der ein Heizgerät befestigt ist. Er umfasst des Weiteren ein 4-Wege-Ventil. Ein Eintrittsweg ist mit dem Ausgang des Motors verbunden, ein Austrittsweg ist mit dem Heizgerät verbunden, ein zweiter Austrittsweg mit dem Wärmetauscher der zweiten Reihe und ein vierter Weg, der einen dritten Austrittsweg bildet, ist mit dem Wärmetauscher der dritten Reihe verbunden. Ein Ladeluftkühler ist in Reihe mit dem Wärmetauscher der zweiten Reihe befestigt.
  • Der Niedrigtemperaturkreis umfasst eine elektrische Umlaufpumpe, die das wärmeübertragende Kühlmittel des Motors im Wärmetauscher von Reihe 1 zum Umlauf bringt, wobei der Wärmetauscher so einen Niedrigtemperaturkühler bildet. Der Niedrigtemperaturkühler ist in Reihe mit einem Kondensator verbunden, der einen Teil eines Klimatisierungskreises der Fahrgastzelle eines Kraftfahrzeugs bildet.
  • In dieser Ausführungsform sind die Wärmetauscher von Reihe 2 und 3 ständig Teil des Hochtemperaturkreises, während der Wärmetauscher von Reihe 1 ständig Teil des Niedrigtemperaturkreises ist.
  • Eine andere Ausführungsform des Systems zur Verwaltung von Wärmeenergie, das vorhergehend genannt wird, wird nachfolgend beschrieben. Dieses System besteht, wie oben angemerkt, aus einem Hochtemperaturkreis und einem Niedrigtemperaturkreis. Das Wärmeaustauschmodul besteht, wie das vorhergehende Modul, aus drei Reihen von Rohren, die drei übereinander angeordnete Wärmetauscher bilden und die durch einen gleichen Luftstrom durchströmt werden. In dieser Ausführungsform sind die Wärmetauscher der ersten zwei Reihen indes Teil des Niedrigtemperaturkreises, während alleine der Wärmetauscher der dritten Reihe Teil des Hochtemperatur-Kühlkreises ist. Neben dem Motor und der Umlaufpumpe des Heizgeräts umfasst der Hochtemperaturkreis ein 3-Wege- Ventil. Der Eingang ist mit dem Ausgang des Kühlmittels des Motors verbunden. Ein Ausgang des Ventils ist auf das Heizgerät gerichtet, während der andere Ausgang das Fluid dem Eingang des Wärmetauschers zuführt.
  • Der Wärmetauscher von Reihe 1 ist in Reihe mit einem Kondensator befestigt, der Teil des Klimatisierungskreises der Fahrgastzelle eines Kraftfahrzeugs ist, während der Wärmetauscher von Reihe 2 in Reihe mit einem Ladeluftkühler befestigt ist. Diese Wärmetauscher und die Ausrüstungen, mit denen sie in Reihe befestigt sind, sind Teil eines Niedrigtemperatur-Kühlkreises. In diesem Verwaltungssystem sind die Verbindungen, wie im vorhergehenden auch, fest. Mit anderen Worten, der Wärmetauscher von Reihe 2 ist immer Teil des Niedrigtemperaturkreises, ohne dass er dem Hochtemperaturkreis zugeteilt werden kann.
  • Es versteht sich, dass andere Verwaltungssysteme im Rahmen der Erfindung ins Auge gefasst werden können.

Claims (22)

  1. Wärmeaustauschmodul, das dazu bestimmt ist, durch ein Fluid einer ersten und einer zweiten Wärmeaustauschschleife durchströmt zu werden, wobei das Fluid in den zwei Schleifen das gleiche ist, wobei das Modul einen Hauptwärmetauscher (4) und mindestens einen Nebenwärmetauscher (6) umfasst, wobei jeder davon einen Eintrittssammelkasten (8, 34) und einen Austrittssammelkasten (10, 36), ein Bündel von Rohren (12, 38), in denen ein wärmeübertragendes Fluid umläuft, und Austauschflächen (130, 150), die in Wärmeaustauschbeziehung mit den Rohren des Bündels stehen, umfasst, wobei der Hauptwärmetauscher und der Nebenwärmetauscher eine mechanische Konstruktionseinheit bilden und derart angeordnet sind, dass ihr Bündel von Rohren durch einen gleichen Luftstrom (42) durchlaufen wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Austrittssammelkasten (10) des Hauptwärmetauschers (2) über ein Durchgangsloch (32) mit dem Eintrittssammelkasten (34) des Nebenwärmetauschers (6) in Verbindung steht, und dadurch, dass das Modul eine Trennwand (20) umfasst, die den Austrittssammelkasten (10) des Hauptwärmetauschers in eine Hauptaustrittskammer (22) und eine Nebenaustrittskammer (24), die das Durchgangsloch (32) umfasst, unterteilt, wobei die Rohre des Bündels des Hauptwärmetauschers an die Hauptaustrittskammer (22) angeschlossen sind, und der Teil des Eintrittssammelkastens (8) des Hauptwärmetauschers an die gleichen Rohre angeschlossen ist, wodurch ein Hauptkühler (196) gebildet wird, wobei die Rohre des Bündels des Hauptwärmetauschers, die an die Nebenaustrittskammer (24) angeschlossen sind, und der Teil des Eintrittssammelkastens (8) des Hauptwärmetauschers (4), der an diese gleichen Rohre und den Nebenwärmetauscher (6) angeschlossen ist, einen Nebenkühler (200) bilden.
  2. Wärmeaustauschmodul nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass es Umschaltmittel umfasst, die das Öffnen und Schließen des Durchgangslochs (32) zwischen dem Austrittssammelkasten (10) des Hauptwärmetauschers (4) und dem Einrittssammelkasten (34) des Nebenwärmetauschers (6) ermöglichen.
  3. Wärmeaustauschmodul nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschaltmittel durch einen Kolben (124) gebildet sind, der über einen Stab (122) mit einem Bedienteil (120) verbunden ist.
  4. Wärmeaustauschmodul nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Bedienteil (120) den Kolben (124) zieht, um das Durchgangsloch (32) zu schließen.
  5. Wärmeaustauschmodul nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Bedienteil (120) den Kolben (124) schiebt, um das Durchgangsloch (32) zu schließen.
  6. Wärmeaustauschmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es einen einzigen Eintrittsanschlussstutzen (26) umfasst, der an den Eintrittssammelkasten (8) des Hauptwärmetauschers (4) angeschlossen ist, wobei dieser einzige Anschlussstutzen (26) zum gemeinsamen Eintritt des wärmeübertragenden Fluids in den Hauptkühler (196) und den Nebenkühler (200) dient.
  7. Wärmeaustauschmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Trennwand (14) umfasst, die sich zwischen dem Teil des Eintrittssammelkastens (8), der zum Hauptkühler (196) gehört, und dem Teil des Eintrittssammelkastens (8), der zum Nebenkühler gehört, befindet, und die den Eintrittssammelkasten (8) des Hauptwärmetauschers (4) in eine Haupteintrittskammer (16) und eine Nebeneintrittskammer (18) unterteilt, wobei ein Eintrittsanschlussstutzen (26) zum Eintritt des wärmeübertragenden Fluids in den Hauptkühler (196) an die Haupteintrittskammer (16) angeschlossen ist, und ein anderer Eintrittsanschlussstutzen (28) zum Eintritt des wärmeübertragenden Fluids in den Nebenkühler (200) an die Nebeneintrittskammer (18) angeschlossen ist.
  8. Wärmeaustauschmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es einen dritten Wärmetauscher (164) umfasst, der zu einem Kühlkreis gehört, der getrennt ist und in dem ein Kreislauffluid umläuft, das sich von dem wärmeübertragenden Kreislauffluid des Hauptwärmetauschers (196) und des Nebenwärmetauschers (200) unterscheidet.
  9. Wärmeaustauschmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sammelkästen des Hauptwärmetauschers (4) und/oder des Nebenwärmetauschers (6) durch Trennwände in mehrere Kammern unterteilt sind, derart, dass für das wärmeübertragende Fluid eine Reihe von Durchläufen definiert wird.
  10. Wärmeaustauschmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Austauschflächen durch Kühlrippen (130, 150) gebildet sind, die den Wärmetauschern des Moduls gemein sind.
  11. Wärmeaustauschmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Austauschflächen durch gewellte Zwischenlagen (114) gebildet sind, die den Wärmetauschern des Moduls gemein sind.
  12. Wärmeaustauschmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Austauschflächen durch Löten mit den Rohren der Wärmetauscher verbunden sind.
  13. Wärmeaustauschmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Austauschflächen mechanisch mit den Rohren der Wärmetauscher verbunden sind.
  14. Wärmeaustauschmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sammelkästen der Wärmetauscher aus einer durch Löten verbundenen Sammelplatte und einem durch Löten verbundenen Deckel gebildet sind.
  15. Wärmeaustauschmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Sammelkästen der Wärmetauscher aus einer Sammelplatte und einem Deckel, insbesondere aus Kunststoff, der mechanisch auf der Sammelplatte befestigt ist, gebildet sind.
  16. System zur Verwaltung der Wärmeenergie, die durch einen Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotor entwickelt wird, das ein Hauptnetz (180) umfasst, das mit einer Hauptpumpe (188) versehen ist, um ein wärmeübertragendes Kreislauffluid zwischen dem Verbrennungsmotor (186) und einem Hauptkühler (196) zum Umlauf zu bringen, wobei Wärme mit der Luft der äußeren Atmosphäre ausgetauscht wird, wobei das Hauptnetz ferner eine Kurzschlussrohrleitung (198) und eine Heizungsrohrleitung, die ein Heizgerät (190) umfasst, und ein Nebennetz (182) umfasst, das einen Nebenkühler (200) und eine Nebenpumpe (199) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Hauptnetz (180) und das Nebennetz (182) durch Zusammenschaltungsmittel (206, 208) miteinander verbunden sind, die es ermöglichen, das wärmeübertragende Fluid auf kontrollierte Art und Weise zwischen dem Hauptnetz und dem Nebennetz in Umlauf zu bringen, oder diesen Umlauf in Abhängigkeit vom Ladezustand des Verbrennungsmotors zu sperren, und dadurch, dass der Hauptkühler (196) und der Nebenkühler (200) Teil eines Wärmeaustauschmoduls (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche sind.
  17. Wärmeaustauschmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es einen Hauptwärmetauscher (256) und zwei Nebenwärmetauscher (252, 254) umfasst, und dass das gleiche Fluid im Hauptwärmetauscher (256) und in den zwei Nebenwärmetauschern (252, 254) umläuft.
  18. System zur Verwaltung der Wärmeenergie, die durch einen Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotor entwickelt wird, das einen Hochtemperaturkreis (230, 270) umfasst, der mit einer Hauptpumpe (188) ausgestattet ist, um ein wärmeübertragendes Fluid zwischen dem Verbrennungsmotor (186) und einem Hochtemperatur-Hauptwärmetauscher (256) zum Umlauf zu bringen, wobei Wärme mit der Luft der äußeren Atmosphäre ausgetauscht wird, wobei der Hochtemperaturkreis (230, 270) ferner eine Heizungsrohrleitung, die ein Heizgerät (190) umfasst, und einen Niedrigtemperaturkreis (240, 280) umfasst, der einen Nebenwärmetauscher (252) und eine Nebenpumpe (199) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochtemperatur-Hauptwärmetauscher (256) und der Nebenwärmetauscher (252) Teil eines Wärmeaustauschmoduls (250, 290) nach dem vorhergehenden Anspruch sind.
  19. System zur Verwaltung von Wärmeenergie nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass einer der Nebenwärmetauscher (252) in Reihe mit einem Kondensator (204) befestigt ist, der Teil eines Klimatisierungskreises der Fahrgastzelle des Kraftfahrzeugs ist.
  20. System zur Verwaltung von Wärmeenergie nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass einer der Nebenwärmetauscher (254) in Reihe mit einem Ladeluftkühler (202) befestigt ist.
  21. System zur Verwaltung von Wärmeenergie nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Nebenwärmetauscher (254), der in Reihe mit dem Ladeluftkühler (202) befestigt ist, und der Ladeluftkühler selbst Teil des Hochtemperaturkreises (230) sind.
  22. System zur Verwaltung von Wärmeenergie nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Nebenwärmetauscher (254), der in Reihe mit dem Ladeluftkühler (202) befestigt ist, und der Ladeluftkühler (202) selbst Teil des Niedrigtemperaturkreises (280) sind.
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