EP1050732A1 - Wärmeübertrager, insbesondere für Schienenfahrzeuge - Google Patents

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EP1050732A1 EP00107998A EP00107998A EP1050732A1 EP 1050732 A1 EP1050732 A1 EP 1050732A1 EP 00107998 A EP00107998 A EP 00107998A EP 00107998 A EP00107998 A EP 00107998A EP 1050732 A1 EP1050732 A1 EP 1050732A1
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channel
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Behr Industrieanlagen GmbH and Co KG
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    • F28D1/0408—Multi-circuit heat exchangers, e.g. integrating different heat exchange sections in the same unit or heat exchangers for more than two fluids
    • F28D1/0426—Multi-circuit heat exchangers, e.g. integrating different heat exchange sections in the same unit or heat exchangers for more than two fluids with units having particular arrangement relative to the large body of fluid, e.g. with interleaved units or with adjacent heat exchange units in common air flow or with units extending at an angle to each other or with units arranged around a central element
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    • F28D2021/0091—Radiators
    • F28D2021/0094—Radiators for recooling the engine coolant

Definitions

  • the invention relates to a heat exchanger, in particular for rail vehicles, consisting of a dual circuit or Multi-circuit cooler block, which alternately in a package design stacked flat tubes and evenly distributed spacer strips arranged between them is built up, wherein the flow channels formed by the flat tubes of at least two different liquid media and the between air flows through the spacer channels are.
  • Heat exchangers of this type are used as cooling units in rail vehicles known and are used for cooling, for example of the converter combined there with an electric drive and a transformer. It is known that the Power converter is preferably cooled with oil while the Transformers are usually water-cooled. Known dual-circuit cooler blocks for these two units are therefore in parallel sections of the flat tubes flows through oil or water, each through air is cooled.
  • the known radiator blocks of this type are in one Housing housed, the supply and discharge or deflection boxes for the two liquid media.
  • a certain problem of such known two-circuit cooler blocks is that if one of the two coolant circuits leaks there is a risk that the coolant Circuit in the second immediately adjacent cooling circuit penetrates, causing significant damage to the cooling system can lead.
  • Heat exchangers of the type mentioned are in so-called package construction, such as manufactured for heat exchangers according to DE 196 51 625 A1 is known.
  • DE 196 44 586 A1 also describes a package construction Finned tube block known for a heat exchanger, in which, however, one for the flow of the coolant provided flat tubes as side by side Has made channels of an extruded profile. Also in this However, the case occurs when a leak occurs and during training such finned tube blocks as a two-circuit or multi-circuit cooling system the disadvantage that the different liquid cooling media can mix, which is avoided should be.
  • the present invention has for its object a To design heat exchangers of the type mentioned at the beginning that a mixture of the two cooling circuit media or also several cooling circuit media is prevented with certainty.
  • the feed housing for the liquid media to different length ranges from Air flow channels can be limited and in the area of Leakage channel with openings in the area.
  • openings can be developed in a further development of the invention than through the housing width through slots between the Feeder housings are formed, each between the boundary edges the feed housing are arranged.
  • FIGS. 1 to 3 show that the heat exchanger from a in a housing 1 approximately in Rectangular radiator block 2 consists of a package is made.
  • the radiator block consists of parallel mutually arranged flat tubes 3, which in the direction arrows 4 and 5 each flowed through by a liquid medium are and in the housing 1 with their larger than heat transfer surfaces serving side surfaces parallel to it Side walls 1a run. Between the flat tubes 3 are each perpendicular to the flow directions 4 and 5 extending strips 6 inserted, so that between adjacent Flat tubes 3 flow channels 7 (see Fig. 6 and 6) result in the flow of air in the direction of arrows 8 become.
  • the flat tubes 3 each have a collecting space 9 on the end face upstream for the supply of a liquid medium 9, the however only a part of the inlet end faces of the flat tubes 3 covered and sealed with a boundary wall 10 ends in front of the end faces of the flat tubes 3.
  • the entry plenum 9 is a deflection space 11 on the other side of the Assigned flat tubes 3, in which through an inlet connection 12 supplied and flowing in the direction of arrow 4 liquid medium is deflected and the flat tubes 3 by one Leaves outlet 13, one of the feed plenum 9 associated collection room 9a is assigned. In known Way is to this flow in the sense of Arrows 4 to reach a partition 14 in the middle between the collecting boxes 9 and 9a arranged.
  • This section 3b of the flat tubes assigned deflection space 18 leads this through the feed opening 16 in the direction of arrows 5 supplied liquid medium to the next to the feed space 15 located collection room 15a, from where the Medium can exit through the outlet nozzle 17 again.
  • the collecting spaces 15 and 15a have boundary walls 19 on (Fig. 4), which is sealed on the end faces of the flat tubes 3 end.
  • the boundary walls 10 each end on the end face of strips 20 and 20a, inserted into the flat tubes 3 in the longitudinal direction in order to demarcate sections 3a and 3b from one another.
  • the strips 20 and 20a are at a distance arranged to each other and therefore form within the flat tubes 3 a continuous flow channel 21 between them, which, as FIG. 4 in particular shows, on both sides into the open ends, the housing 1 and the embodiment associated liquid guide sections 9, 9a, 15, 15a and 11 and 18 are designed so that openings 22 to the environment be formed.
  • Fig. 4 and Fig. 5 show that these Openings 22 as slots extending through the width of the housing are formed between the boundary edges 10, 19th the feed boxes 9, 9a, 15, 15a and the corresponding Boundary edges of the deflection spaces 11 and 18 are formed. 4 also shows that the boundary edges 10, 19 - and analogously the boundary edges of the deflection spaces 11 and 18 - as obliquely widening outwards from the slot 22 Walls 23 and 24 are formed.
  • a two-circuit cooler block is shown. It is of course also possible with a multi-circuit cooler system, so if three different liquid cooling media flow through the flat tubes and through the perpendicular to them flowing ventilated are cooled, each between neighboring ones Cooling circuits a flow channel in the sense of the flow channel 21 to be arranged as a leakage channel. In this case too an undesirable mixing of the cooling circuit fluid locked out.

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Abstract

Bekannte Wärmeübertrager, die als Zwei- oder Mehrkreiskühlerblöcke für den Einsatz von Schienenfahrzeugen in sogenannter Paketbauweise hergestellt sind, können beim Auftreten von Undichtheiten zu einer unerwünschten Vermischung der in den Kühlkreisläufen strömenden Flüssigkeiten führen. Es wird vorgeschlagen, die einzelnen Kühlkreisläufe in den Flachrohren (3) durch einen zwischen den Kühlkreisabschnitten liegenden Leckagekanal (21) abzutrennen, der ins Freie führt. Verwendung für Kühlerblöcke zur Kühlung elektrischer Aggregate von Schienenfahrzeugen. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager, insbesondere für Schienenfahrzeuge, bestehend aus einem Zweikreis- oder Mehrkreiskühlerblock, der in Paketbauweise aus wechselweise aufeinandergeschichteten Flachrohren und gleichmäßig verteilt dazwischen angeordneten Abstandsleisten aufgebaut ist, wobei die von den Flachrohren gebildeten Strömungskanäle von mindestens zwei verschiedenen flüssigen Medien und die zwischen den Abstandsleisten liegenden Kanäle von Luft durchströmt sind.
Wärmeübertrager dieser Art sind als Kühlaggregate bei Schienenfahrzeugen bekannt und dienen beispielsweise zur Kühlung des dort mit einem elektrischen Antrieb kombinierten Stromrichters und eines Transformators. Es ist bekannt, daß der Stromrichter vorzugsweise mit Öl gekühlt wird, während die Transformatoren in der Regel wassergekühlt ausgebildet sind. Bekannte Zweikreiskühlerblöcke für diese beiden Aggregate werden daher in parallel gerichteten Abschnitten der Flachrohre von Öl bzw. Wasser durchströmt, das jeweils durch Luft gekühlt wird.
Die bekannten Kühlerblöcke dieser Art sind in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht, wobei die Zu- und Abführ- oder Umlenkkästen für die beiden flüssigen Medien aneinander anschließen.
Ein gewisses Problem solcher bekannter Zweikreiskühlerblöcke besteht darin, daß beim Leckwerden eines der beiden Kühlmittelkreisläufe die Gefahr besteht, daß das Kühlmittel eines Kreislaufes in den zweiten unmittelbar benachbarten Kühlkreislauf eindringt und so zu erheblichen Schäden im Kühlsystem führen kann.
Wärmeübertrager der eingangs genannten Art werden dabei in sogenannter Paketbauweise hergestellt, wie sie beispielsweise für Wärmeübertrager nach der DE 196 51 625 A1 bekannt ist. Auch aus der DE 196 44 586 A1 ist ein in Paketbauweise hergestellter Rippenrohrblock für einen Wärmeübertrager bekannt, bei dem man allerdings die für die Durchetrömung der Kühlflüssigkeit vorgesehenen Flachrohre als nebeneinanderliegende Kanäle eines Strangpreßprofiles hergestellt hat. Auch in diesem Fall aber wird beim Auftreten eines Lecks und bei Ausbildung solcher Rippenrohrblöcke als Zweikreis- oder Mehrkreiskühlsystem der Nachteil eintreten, daß sich die unterschiedlichen flüssigen Kühlmedien vermischen können, was vermieden werden sollte.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wärmeübertrager der eingangs genannten Art so auszubilden, daß eine Vermischung der beiden Kühlkreismedien oder auch mehrerer Kühlkreismedien mit Sicherheit verhindert wird.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einem Wärmeübertrager der eingangs genannten Art vorgesehen, daß die Flachrohre an der Grenze zwischen den Strömungsbereichen der unterschiedlichen flüssigen Medien mit einem durchgehenden und gegen die benachbarten Strömungskanäle abgeschlossenen Strömungskanal versehen sind, der als Leckagekanal aus dem Kühlerblock ins Freie führt.
Durch diese Ausgestaltung wird immer dann, wenn in einem der mit flüssigen Medien betriebenen Kühlkreisläufe ein Leck auftritt, das entsprechende Medium in den Leckagekanal eindringen und von dort nach außen abgeführt. Eine Vermischung mit dem zweiten Kühlkreismedium wird dadurch verhindert. Da die Leckage ins Freie austritt, kann auch sehr leicht von außen festgestellt werden, daß der Wärmetauscher leck geworden ist.
In Weiterbildung der Erfindung kann das Zuführgehäuse für die flüssigen Medien auf unterschiedliche Längenbereiche der von Luft durchströmten Kanäle beschränkt sein und im Bereich des Leckagekanals mit Öffnungen in die Umgebung versehen sein.
Diese Öffnungen können dabei in Weiterbildung der Erfindung als über die Gehäusebreite durchgehende Schlitze zwischen den Zuführgehäusen ausgebildet sein, die jeweils zwischen den Begrenzungskanten der Zuführgehäuse angeordnet sind.
In Weiterbildung der Erfindung können schließlich diese Begrenzungskanten als von den Mündungen des Leckagekanals ausgehende Erweiterungen ausgebildet sein. Diese Ausgestaltung erlaubt einen einwandfreien Abfluß etwaiger Leckage und ermöglicht auch, da die von Leckagemedium benetzten Flächen deutlich nach außen sichtbar sind, eine einfache Überprüfung der Funktionsfähigkeit des Wärmeübertragers.
Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispieles in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden erläutert. Es zeigen:
Fig. 1
die schematische Darstellung einer Draufsicht auf einen Zweikreiswärmeübertrager nach der Erfindung,
Fig. 2
die Seitenansicht des Wärmeübertragers der Fig. 1,
Fig. 3
die Stirnansicht des Wärmeübertragers der Fig. 1,
Fig. 4
die vergrößerte Darstellung eines Schnittes durch den Wärmeübertrager der Fig. 1, längs der Schnittlinie IV-IV,
Fig. 5
die - teilweise aufgeschnittene - Ansicht des Wärmeübertragers der Darstellung nach Fig. 4 in Richtung des Pfeiles V gesehen,
Fig. 6
die vergrößerte Detaildarstellung der Einzelheit VI in Fig. 5, und
Fig. 7
die vergrößerte Detaildarstellung des Schnittes VII-VII aus Fig. 5.
Den Figuren, insbesondere den Fig. 1 bis 3, ist zu entnehmen, daß der Wärmeübertrager aus einem in einem Gehäuse 1 etwa in Quaderform angeordneten Kühlerblock 2 besteht, der in Paketbauweise hergestellt ist. Der Kühlerblock besteht aus parallel zueinander angeordneten Flachrohren 3, die in Richtung der Pfeile 4 und 5 jeweils von einem flüssigen Medium durchströmt werden und im Gehäuse 1 mit ihren größeren, als Wärmeübertragungsflächen dienenden Seitenflächen parallel zu dessen Seitenwänden 1a verlaufen. Zwischen den Flachrohren 3 sind jeweils senkrecht zu den Durchströmungsrichtungen 4 bzw. 5 verlaufende Leisten 6 eingelegt, so daß sich zwischen benachbarten Flachrohren 3 Strömungskanäle 7 (siehe Fig. 6 und 6) ergeben, die in Richtung der Pfeile 8 von Luft durchströmt werden.
Den Flachrohren 3 ist stirnseitig jeweils ein Sammelraum 9 für die Zufuhr eines flüssigen Mediums 9 vorgeschaltet, der jedoch nur einen Teil der Eintrittsstirnflächen der Flachrohre 3 überdeckt und mit einer Begrenzungswand 10 abgedichtet vor den Stirnflächen der Flachrohre 3 endet. Dem Eintrittssammelraum 9 ist ein Umlenkraum 11 auf der anderen Seite der Flachrohre 3 zugeordnet, in dem das durch einen Eintrittsstutzen 12 zugeführte und in Richtung des Pfeiles 4 strömende flüssige Medium umgelenkt wird und die Flachrohre 3 durch einen Austrittsstutzen 13 verläßt, der einem dem Zuführsammelraum 9 nebengeordneten Sammelraum 9a zugeordnet ist. In bekannter Weise ist dabei, um diese Durchströmung im Sinn der Pfeile 4 zu erreichen, eine Trennwand 14 in der Mitte zwischen den Sammelkästen 9 und 9a angeordnet.
Ein zweiter Sammelkasten 15, der ebenfalls durch die Trennwand 14 von einem benachbarten Sammelraum 15 abgetrennt ist, ist mit einem Eintrittsstutzen 16 versehen, durch den ein zweites flüssiges Wärmetauschmedium in einen zweiten Abschnitt 3b der Flachrohre 3 eintritt und diesen im Sinn der Pfeile 5 durchströmt. Ein diesem Abschnitt 3b der Flachrohre zugeordneter Umlenkraum 18 führt das durch die Zuführöffnung 16 im Sinn der Pfeile 5 zugeleitete flüssige Medium zu dem neben dem Zuführraum 15 gelegenen Sammelraum 15a, von wo das Medium durch den Austrittsstutzen 17 wieder austreten kann. Auch in diesem Fall weisen die Sammelräume 15 und 15a Begrenzungswände 19 auf (Fig. 4), die abgedichtet an den Stirnseiten der Flachrohre 3 enden.
Aus den Fig. 4 und 5 geht nun hervor, daß die Begrenzungswände 10 jeweils an der Stirnseite von Leisten 20 bzw. 20a enden, die in Längsrichtung in die Flachrohre 3 eingeschoben sind, um in diesem die Abschnitte 3a und 3b gegeneinander abzugrenzen. Die Leisten 20 und 20a sind aber in einem Abstand zueinander angeordnet und bilden daher innerhalb der Flachrohre 3 zwischen sich einen durchgehenden Strömungskanal 21, der, wie insbesondere die Fig. 4 zeigt, beidseitig ins Freie endet, wobei beim Ausführungsbeispiel das Gehäuse 1 und die zugehörigen Flüssigkeitsführungsabschnitte 9, 9a, 15, 15a bzw. 11 und 18 so ausgebildet sind, daß Öffnungen 22 zur Umgebung gebildet werden.
Die Fig. 4 und die Fig. 5 lassen dabei erkennen, daß diese Öffnungen 22 als über die Gehäusebreite durchgehende Schlitze ausgebildet sind, die zwischen den Begrenzungskanten 10, 19 der Zuführkästen 9, 9a, 15, 15a und der entsprechenden Begrenzungskanten der Umlenkräume 11 und 18 gebildet sind. Die Fig. 4 läßt zudem erkennen, daß die Begrenzungskanten 10, 19 - und analog die Begrenzungskanten der Umlenkräume 11 und 18 - als schräg sich vom Schlitz 22 aus nach außen erweiternde Wände 23 und 24 ausgebildet sind.
In der Praxis wird beispielsweise durch den Eintrittestutzen 12 Öl zur Kühlung eines Stromrichters eingeführt, das durch den Austrittsstutzen 13 gekühlt wieder zurückgeführt wird. Durch den Eintrittsstutzen 16 kann dagegen Wasser zur Kühlung eines Transformators in den Wärmeübertrager eingespeist werden, das über den Austrittsstutzen 17 wieder zum Transformator zurückgeleitet wird.
Wenn beispielsweise eine der Trennleisten 20 oder 20a (Fig. 4), die nach der Herstellung des Rippenrohrblockes in Paketbauweise dicht eingelötet ist, undicht werden sollte oder wenn die Begrenzungswand 10 durch Erschütterungen oder dergleichen ein Leck aufweisen sollte, dann wird das für die Kühlung des Stromrichters verwendete Öl an dieser Leckstelle und in den Strömungskanal 21 oder in den Bereich der Öffnung 22 austreten. Eine Beeinflussung des Strömungskreislaufes für das Wasser im darunter liegenden Abschnitt 3b der Flachrohre tritt dadurch nicht ein. Das austretende Öl kann an den sich öffnenden Begrenzungswänden 23 in sehr einfacher Weise von außen festgestellt werden, so daß jede Leckage nach einer Überprüfung beseitigt werden kann. Die gefährliche Vermischung der beiden Flüssigkeiten wird sicher vermieden, denn auch im umgekehrten Fall, wenn Wasser aus den Abschnitten 3b austreten sollte, kann dies von außen festgestellt werden. Da der Strömungskanal 21 in die Umgebung mündet, kann selbst im Fall, daß Lecketellen in beiden Strömungskreisläufen gleichzeitig auftreten, keine Vermischung dieser Medien innerhalb der Kühlkreisläufe eintreten. Durch die Erfindung wird daher in einfacher Weise eine Sicherung gegen unerwünschte Vermischungen der verwendeten Kühlkreisflüssigkeiten erreicht.
Im Ausführungsbeispiel ist ein Zweikreiskühlerblock dargestellt. Es ist natürlich auch möglich, bei Mehrkreiskühlersystem, also dann, wenn drei verschiedene flüssige Kühlmedien die Flachrohre durchströmen und durch die senkrecht dazu strömende Lüft gekühlt werden, jeweils zwischen benachbarten Kühlkreisläufen einen Strömungskanal im Sinn des Strömungskanales 21 als Leckagekanal anzuordnen. Auch in diesem Fall ist eine unerwünschte Vermischung der Kühlkreislaufflüssigkeit ausgeschlossen.

Claims (6)

  1. Wänneübertrager, insbesondere für Schienenfahrzeuge, bestehend aus einem Zweikreis- oder Mehrkreiskühlerblock, der in Paketbauweise aus wechselweise aufeinandergeschichteten Flachrohren (3) und gleichmäßig verteilt dazwischen angeordneten Abstandsleisten (6) aufgebaut ist, wobei die von den Flachrohren gebildeten Strömungskanäle in mindestens zwei Abschnitten (3a, 3b) von verschiedenen flüssigen Medien und die zwischen den Abstandsleisten liegenden Kanäle (7) von Luft durchströmt sind,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    die Flachrohre (3) an der Grenze zwischen den Strömungsbereichen (3a, 3b) der unterschiedlichen flüssigen Medien mit einem durchgehenden und gegen die benachbarten Strömungskanäle abgeschlossenen Strömungskanal (21) versehen sind, der als Leckagekanal aus dem Kühlerblock ins Freie führt.
  2. Wärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der als Leckagekanal dienende Strömungskanal (21) durch zwei im Abstand zueinander in die Flachrohre eingefügte Leisten (20, 20a) gebildet ist.
  3. Wärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführ- und Abführgehäuse (9, 9a; 15, 15a; 11, 18) für die flüssigen Medien auf unterschiedliche Längenbereiche der von Luft durchströmten Kanäle (7) beschränkt und im Bereich des Leckagekanals (21) mit Öffnungen (22) in die Umgebung versehen sind.
  4. Wärmeübertrager nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen als über die Gehäusebreite durchgehende Schlitze (22) ausgebildet sind.
  5. Wärmeübertrager nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitze (22) jeweils zwischen den Begrenzungskanten (10, 19) der Zu- und Abführgehäuse (9, 9a; 15, 15a; 11, 18) angeordnet sind.
  6. Wärmeübertrager nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Begrenzungskanten (10, 19) in Wandteile (23, 24) übergehen, die von den Mündungen des Leckagekanals (21) aus nach außen führende Erweiterungen bilden.
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