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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Diese
Aufgaben werden dadurch gelöst, dass
das gleiche wärmeübertragende
Fluid im Hauptwärmetauscher
und im Nebenwärmetauscher umläuft.
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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.
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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.
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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.
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Gemäß der Erfindung
steht der Eintrittssammelkasten des Hauptwärmetauschers über ein Durchgangsloch
mit dem Eintrittssammelkasten des Nebenwärmetauschers in Verbindung.
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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.
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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.
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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.
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Vorzugsweise
umfasst das Modul Umschaltmittel, die das Öffnen und Schließen des
Durchgangslochs zwischen dem Austrittssammelkasten des Hauptwärmetauschers
und dem Eintrittssammelkasten des Nebenwärmetauschers ermöglichen.
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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.
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Das
Bedienteil kann den Kolben ziehen oder schieben, um das Durchgangsloch
zu schließen.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die
Wärmeaustauschflächen können durch Löten mit
den Rohren der Wärmetauscher
verbunden sein. Sie können
auch mechanisch mit den Rohren der Wärmetauscher verbunden sein.
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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.
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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.
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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.
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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.
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In
einer Ausführungsform
ist einer der Nebenwärmetauscher
in Reihe mit einem Kondensator befestigt, der Teil eines Klimatisierungskreises
der Fahrgastzelle des Kraftfahrzeugs ist.
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Es
kann auch vorgesehen werden, dass einer der Nebenwärmetauscher
in Reihe mit einem Ladeluftkühler
befestigt ist.
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In
einer Ausführungsform
sind der Nebenwärmetauscher,
der in Reihe mit dem Ladeluftkühler befestigt
ist, und der Ladeluftkühler
selbst Teil des Hochtemperaturkreises.
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In
einer anderen Ausführungsform
sind der Nebenwärmetauscher,
der in Reihe mit dem Ladeluftkühler
befestigt ist, und der Ladeluftkühler
selbst Teil des Niedrigtemperaturkreises.
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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:
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1 eine
perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsform eines Wärmeaustauschmoduls
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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2 eine
perspektivische Ansicht einer zweiten Ausführungsform eines Wärmeaustauschmoduls
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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3 eine
perspektivische Ansicht einer dritten Ausführungsform eines Wärmeaustauschmoduls
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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4 eine
perspektivische Ansicht eines Wärmeaustauschmoduls;
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5 eine
perspektivische Ansicht eines Wärmeaustauschmoduls;
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6 eine
Veranschaulichung einer ersten Ausführungsform von Umschaltmitteln
für ein
Wärmeaustauschmodul
gemäß einer
der 1 bis 5;
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7 eine
Veranschaulichung einer zweiten Ausführungsform von Umschaltmitteln
für ein
Wärmeaustauschmodul
gemäß einer
der 1 bis 5;
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8 eine
Ansicht eines Grundrisses einer gelöteten Rippe, die für ein Wärmeaustauschmodul gemäß der vorliegenden
Erfindung bestimmt ist;
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9 eine
Schnittansicht entlang der Linie IX von 8;
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10 eine
Schnittansicht entlang der Linie X von 8;
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11 und 12 Veranschaulichungen
eines vollständig
mechanischen Zusammenbaus eines Wärmeaustauschmoduls gemäß der vorliegenden Erfindung;
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13 eine
Darstellung eines erfindungsgemäßen Wärmeaustauschmoduls,
das einen dritten Wärmetauscher
umfasst;
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14 eine
Ansicht eines Grundrisses einer Rippe, die für das Wärmeaustauschmodul von 13 bestimmt
ist;
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15 eine
schematische Veranschaulichung eines Systems zur Verwaltung der
Wärmeenergie,
die durch einen Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotor entwickelt wird,
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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16 eine
Darstellung der Ausgestaltung des Systems von 15 bei
Kaltstart;
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17 eine
Darstellung des Systems zur Verwaltung von Wärmeenergie von 15 in
der Ausgestaltung bei geringer Last;
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18 eine
Veranschaulichung des Systems zur Verwaltung von Wärmeenergie
von 15 in der Ausgestaltung bei hoher Last;
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19 bis 22 schematische
Veranschaulichungen von anderen Systemen zur Verwaltung von Wärmeenergie
gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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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.
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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.
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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.
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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 15–18).
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 15–18).
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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Des
Weiteren wird darauf hingewiesen, dass der Hauptkühler 196 einen
gemeinsamen Teil mit dem Hauptnetz 180 und dem Nebennetz 182 bildet.
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Das
Ventil 206 ermöglicht
den Umlauf des wärmeübertragenden
Fluids in das Heizgerät 190,
in die Abzweigungsrohrleitung 198 und den Kühler 196.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die
Wärmetauscher
der zweiten und dritten Reihe sind Teil eines Hochtemperaturkreises,
während
der Wärmetauscher
der ersten Reihe Teil eines Niedrigtemperaturkreises ist.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Es
versteht sich, dass andere Verwaltungssysteme im Rahmen der Erfindung
ins Auge gefasst werden können.