EP1050732B1 - Wärmeübertrager, insbesondere für Schienenfahrzeuge - Google Patents

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EP1050732B1
EP1050732B1 EP00107998A EP00107998A EP1050732B1 EP 1050732 B1 EP1050732 B1 EP 1050732B1 EP 00107998 A EP00107998 A EP 00107998A EP 00107998 A EP00107998 A EP 00107998A EP 1050732 B1 EP1050732 B1 EP 1050732B1
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EP
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heat exchanger
channel
flat tubes
channels
flat pipes
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Franz Dipl.-Ing. Pigisch
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Behr Industrieanlagen GmbH and Co KG
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    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
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    • F28D1/04—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits
    • 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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    • F28D2021/0031—Radiators for recooling a coolant of cooling systems
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    • F28D2021/008—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for for vehicles
    • F28D2021/0091—Radiators
    • F28D2021/0094—Radiators for recooling the engine coolant

Definitions

  • the invention relates to a heat exchanger, in particular for Rail vehicles, according to the preamble of claim 1.
  • Heat exchangers of this type are as cooling units in rail vehicles known and used for example for cooling the there with an electric drive combined converter and one Transformer. It is known that the power converter is preferably cooled with oil, while the transformers are usually water cooled are formed. Well-known two-circuit cooler blocks for this Both units are therefore in parallel sections the flat tubes of oil or water flows through, each cooled by air.
  • the known radiator blocks of this type are in a common Housing housed, with the supply and Ablite- or deflection boxes for the two liquid media connect to each other.
  • Heat exchangers of the type mentioned are in so-called Package construction manufactured, as for example for Heat exchanger according to DE 196 51 625 A1 is known. Also from DE 196 44 856 A1 is a manufactured in package construction finned tube block known for a heat exchanger in which one of all Recently, the intended for the flow of the coolant Flat tubes as adjacent channels of an extruded profile has produced. Even in this case, however, will occur leaks and in the formation of such finned tube blocks as two-circuit or multi-circuit cooling system the disadvantage occur that the different liquid cooling media can mix what should be avoided.
  • the object of the invention is to provide a heat exchanger of the above to create the type mentioned, the mixing of the two cooling circuit media or even more cooling circuit media with certainty prevented.
  • a heat exchanger of the above Art characterized by the fact that the serving as a leakage channel flow channel through two at a distance formed into each other in the flat tubes strips is formed.
  • the feed housing for the liquid Media on different length ranges of air flowed through channels be limited and in the region of the leakage channel be provided with openings in the environment.
  • openings can be used in the invention as through the housing width through slots between the Zuzhougepatusen be formed, each between the boundary edges the feed housing are arranged.
  • the heat exchanger from a in a housing 1 approximately in cuboid shape arranged radiator block 2 consists of the package construction is made.
  • the radiator block consists of mutually parallel Flat tubes 3, in the direction of arrows 4 and 5, respectively to be flowed through by a liquid medium and in the housing. 1 with their larger, serving as heat transfer surfaces side surfaces run parallel to the side walls 1a.
  • Between the flat tubes 3 are each perpendicular to the flow directions 4 or 5 running strips 6 inserted so that between adjacent flat tubes 3 flow channels 7 (see FIGS. 5 and 6), which flows in the direction of the arrows 8 of air become.
  • the flat tubes 3 is the front side in each case a collecting space 9 for Supply of a liquid medium 9 upstream, but only one Part of the inlet end faces of the flat tubes 3 covered and with a boundary wall 10 sealed in front of the end faces of the Flat tubes 3 ends.
  • the entry collection space 9 is a deflection space 11 assigned on the other side of the flat tubes 3, in which the through an inlet nozzle 12 and fed in the direction of the arrow 4 flowing liquid medium is deflected and the flat tubes 3 by a Exit nozzle 13 leaves, the one the Zuwoodsammelraum 9 sibling collecting space 9a is assigned. In known Way is to make this flow in the sense of Arrows 4 to reach, a partition 14 in the middle between the collecting boxes 9 and 9a arranged.
  • a this section 3b of the flat tubes associated deflection space 18 leads through the feed opening 16 in the direction of the arrows 5 fed liquid medium to the located next to the feed space 15 collecting space 15 a, from where the Medium can escape through the outlet nozzle 17 again.
  • the plenums 15 and 15a have boundary walls 19 on (Fig. 4), which is sealed at the end faces the flat tubes 3 ends.
  • oil for cooling a power converter introduced by the outlet pipe 13 cooled back is returned.
  • water for cooling of a transformer are fed into the heat exchanger, via the outlet nozzle 17 back to the transformer is returned.
  • a two-circuit radiator block is shown.
  • multi-circuit cooler system So then, if three different liquid cooling media flow through the flat tubes and through the perpendicular to it flowing air to be cooled, each between adjacent Cooling circuits run a flow channel in the sense of the flow channel 21 to be arranged as a leakage channel. Also in this case is an undesired mixing of the cooling circuit liquid locked out.

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Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager, insbesondere für Schienenfahrzeuge, gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.
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 44 856 A1 ist ein in Paketbauweise hergestellter Rippenrohrblock für einen Wärmeübertrager bekannt, bei dem man aller dings die für die Durchströmung 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.
Aus der gattungsgemäßen Patentschrift US-A-5,186,244 ist ein Wärmeübertrager, insbesondere für Schienenfahrzeuge, bekannt, der aus einem Zweikreis- oder Mehrkreis-Kühlerblock besteht und in Paketbauweise aus wechselweise aufeinander geschichteten Flachrohren aufgebaut ist. Die von den Flachrohren gebildeten Strömungskanäle sind in zwei Abschnitten von verschiedenen flüssigen Medien und die Zwischenräume zwischen den Flachrohren sind von Luft durchströmt. Die Flachrohre sind an der Grenze zischen den Strömungsbereichen der unterschiedlichen flüssigen Medien mit einem durchgehenden und gegen die benachbarten Strömungskanäle abgeschlossenen Strömungskanal versehen, der als Leckagekanal aus dem Kühlerblock ins Freie führt. Die Flachrohre weden in einem Strangpressverfahren erzeugt.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Wärmeübertrager der eingangs genannten Art zu schaffen, der eine Vermischung der beiden Kühlkreismedien oder auch mehrerer Kühlkreismedien mit Sicherheit verhindert.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Wärmeübertrager der oben genannten Art vorgeschlagen, der sich dadurch auszeichnet, dass der als Leckagekanal dienende Strömungskanal durch zwei im Abstand zueinander in die Flachrohre eingefügte Leisten gebildet ist.
Immer dann, wenn in einem der mit flüssigen Medien betriebenen Kühlkreisläufe ein Leck auftritt, kann das entsprechende Medium in den Leckagekanal eindringen und von dort nach außen abgeführt werden. 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 ist vorgesehen, dass gleichmäßig verteilt zwischen den Flachrohren Abstandsleisten angeordnet sind und dass die Luft durch zwischen den Abstandsleisten liegende Kanäle strömt.
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. 5 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 15a 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 Eintrittsstutzen 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 Leckstellen 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. Wärmeübertrager, insbesondere für Schienenfahrzeuge, bestehend aus einem Zweikreis- oder Mehrkreiskühlerblock, der in Paketbauweise aus wechselweise aufeinander geschichteten Flachrohren (3) aufgebaut ist, wobei die von den Flachrohren gebildeten Strömungskanäle in mindestens zwei Abschnitten (3a, 3b) von verschiedenen flüssigen Medien und die Zwischenräume zwischen den Flachrohren von Luft durchströmt sind, und wobei 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, dadurch gekennzeichnet, dass der als Leckagekanal dienende Strömungskanal (21) durch zwei im Abstand zueinander in die Flachrohre eingeführte Leisten (20, 20a) gebildet ist.
  2. Wärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass gleichmäßig verteilt zwischen den Flachrohren (3) Abstandsleisten angeordnet sind und dass die Luft durch zwischen den Abstandsleisten liegende Kanäle (7) strömt.
  3. Wärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass 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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