EP1454106A1 - Wärmetauscher - Google Patents

Wärmetauscher

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EP1454106A1
EP1454106A1 EP02803775A EP02803775A EP1454106A1 EP 1454106 A1 EP1454106 A1 EP 1454106A1 EP 02803775 A EP02803775 A EP 02803775A EP 02803775 A EP02803775 A EP 02803775A EP 1454106 A1 EP1454106 A1 EP 1454106A1
Authority
EP
European Patent Office
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fluid
heat exchanger
outlet
fluid connections
inlet
Prior art date
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Granted
Application number
EP02803775A
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English (en)
French (fr)
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EP1454106B1 (de
Inventor
Markus HÖGLINGER
Stefan Rogg
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Mahle Behr GmbH and Co KG
Original Assignee
Behr GmbH and Co KG
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Publication date
Application filed by Behr GmbH and Co KG filed Critical Behr GmbH and Co KG
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Application granted granted Critical
Publication of EP1454106B1 publication Critical patent/EP1454106B1/de
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    • F28D1/0443—Combination of units extending one beside or one above the other
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    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
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    • F01P2003/182—Arrangements or mounting of liquid-to-air heat-exchangers with multiple heat-exchangers
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    • F01P3/00—Liquid cooling
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    • F01P2003/185—Arrangements or mounting of liquid-to-air heat-exchangers arranged in parallel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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    • F01P3/00—Liquid cooling
    • F01P3/18—Arrangements or mounting of liquid-to-air heat-exchangers
    • F01P2003/187—Arrangements or mounting of liquid-to-air heat-exchangers arranged in series
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/02—Header boxes; End plates
    • F28F2009/0285—Other particular headers or end plates
    • F28F2009/0287—Other particular headers or end plates having passages for different heat exchange media

Definitions

  • the invention relates to a heat exchanger, in particular for use in a motor vehicle, and to a circuit with a heat exchanger.
  • Heat exchangers are widely used in a motor vehicle, for example as coolers, heating elements, condensers or evaporators. In a modern vehicle you will find a variety of different heat exchangers, which are designed, for example, as coolers and different vehicle units, components or media in
  • Cool vehicle units or components For example, a coolant cooler for cooling the drive motor, such as an internal combustion engine or electric motor, a transmission oil cooler, an exhaust gas cooler, a charge air cooler, a hydraulic oil cooler for various applications in a vehicle and / or further coolers is provided.
  • a coolant cooler for cooling the drive motor such as an internal combustion engine or electric motor, a transmission oil cooler, an exhaust gas cooler, a charge air cooler, a hydraulic oil cooler for various applications in a vehicle and / or further coolers is provided.
  • the arrangement of many heat exchangers in the vehicle requires an increased installation space and repeatedly leads to conflicts between the available installation space and the respective arrangement of the heat exchangers. This can lead to certain compromises with regard to the arrangement of the individual heat exchangers, which may be necessary thermodynamic ' view is not ideal.
  • the individual arrangement of the respective heat exchangers also leads to an increased space requirement, since, due to existing manufacturing tolerances, more space must be made available than is possibly necessary.
  • the object of the invention is to provide a heat exchanger which is improved over the prior art.
  • a heat exchanger in particular for motor vehicle cooling systems, is designed in such a way that it is provided with at least one fluid inlet and at least two fluid outlets, with an arrangement of fluid connections between inlet, collection, deflection and / or outlet chambers, the Fluid connections are divided into different areas and a first area of fluid connections is arranged between at least one inlet and a first outlet and a further area of fluid connections is arranged between the first outlet and a second outlet.
  • a further third outlet is arranged and a further area of fluid connections is provided between the second outlet and the third outlet.
  • a further n-th outlet is arranged and a further region of fluid connections is provided between the n-1-th outlet and the n-th outlet, n, preferably 3, 4, 5, 6, 7, 8,
  • the input, collecting, deflecting and / or outlet chambers are preferably arranged in side boxes arranged laterally to the fluid connections, the side boxes being separable into different chambers by partition walls. It is advantageous if the partitions as vertical, horizontal or I-shaped, Z-shaped. C-shaped, T-shaped or composed of shaped walls are formed.
  • the medium can advantageously be air.
  • the medium can advantageously be a fluid or liquid medium.
  • the fluid connections are tubes, such as preferably flat tubes or round tubes or oval tubes. It is also expedient if the tubes have a plurality of fluid channels which do not communicate with one another over the length of the tubes. Furthermore, it is expedient if the fluid connections or tubes have a plurality of fluid channels which communicate with one another over the length of the tubes. Furthermore, it can be expedient if the fluid connections or pipes are arranged in one row or in multiple rows next to one another per level of the fluid connections.
  • a fluid circuit is created, with at least one heat exchanger with at least one inlet and at least two outlets, with at least two units that can be supplied with the heat exchanger by means of fluid lines and have a fluid inlet and a fluid outlet, characterized in that between an outlet of the at least one heat exchanger and one inlet of at least one unit, a pump with inlet and outlet is arranged and at least one outlet of another unit can be connected to the inlet side of the pump. It is thereby advantageously achieved that the number of pumps used can be reduced and at the same time the fluid flow for cooling the further units can also be used for cooling the main unit, such as the engine of the vehicle. This further increases the efficiency of the cooling system. As a result, for example, the overall system can be modified and, if necessary, components and costs can be saved or made smaller.
  • the drive motor, a transmission, a turbocharger, an injection pump, electronics, an exhaust system, hydraulic systems or other units can be regarded as heat sources as units of the vehicle. With such heat sources, it is often necessary to dissipate heat to the environment for cooling and temperature control.
  • the further unit is connected with its inlet to an outlet of the heat exchanger. It is also expedient if a plurality of further units are connected in series and the fluid flows through them. It is also advantageous if a plurality of further units are connected in parallel and the fluid flows through them. It is particularly advantageous if the inlet of a further unit is connected to an outlet of the heat exchanger.
  • FIG. 3 shows a schematic illustration of a heat exchanger
  • FIG. 4 shows a schematic illustration of a heat exchanger
  • FIG. 5 shows a schematic illustration of a heat exchanger
  • FIG. 6 shows a schematic illustration of a heat exchanger
  • FIG. 9 shows a schematic illustration of a heat exchanger
  • FIG. 10 shows a schematic illustration of a heat exchanger
  • 11 is a schematic illustration of a heat exchanger
  • FIG. 12 is a schematic illustration of a heat exchanger
  • FIG. 13 is a schematic illustration of a heat exchanger
  • FIG. 14 is a schematic illustration of a heat exchanger
  • FIG. 15 is a schematic illustration of a heat exchanger
  • 16 is a schematic illustration of a heat exchanger
  • FIG. 17 is a schematic illustration of a heat exchanger
  • FIG. 18 is a schematic illustration of a heat exchanger
  • FIG. 19 is a schematic illustration of a cooling circuit.
  • FIG. 1 shows a heat exchanger, such as a cooler, a heater, a condenser or an evaporator.
  • the heat exchanger is described below in a function as a coolant cooler without restricting generality.
  • the heat exchanger 1 has a fluid inlet 2 and a fluid outlet 3, so that a fluid can flow between the inlet and the outlet through the heat exchanger.
  • the inlet is connected to a collecting chamber 4 and the outlet is connected to a collecting chamber 5.
  • the fluid flows from the inlet 2 into the first collecting chamber 4, an inlet-side collecting chamber. From the second collecting chamber 5, an outlet-side collecting chamber, the fluid flows into the outlet 3.
  • the inlet-side collecting chamber 4 or the outlet-side collecting chamber is formed by a box-shaped element 6 or 7, such as a water box or fluid box, which is provided with a Wall, such as tube plates, 8 or 9 can be connected and is designed to be fluid-tight to the outside.
  • Fluid connections 10 are provided between the collecting chambers 4 and 5, through which the fluid can flow from one collecting chamber 4 to the other collecting chamber.
  • the fluid connection 10 essentially consists of a multiplicity of parallel tubes 11, through which the fluid can flow from one side to the other inside.
  • These tubes can be flat tubes or round tubes or other connecting tubes.
  • the inside of these tubes can also have different flow channels, which are formed separately from one another or are at least partially connected to one another at least in places.
  • the tubes 11 are arranged such that free spaces are provided as air passage between them. Ribs 13 are preferably arranged in at least some of these free spaces 12 in order to form flow channels for the passage of air according to arrow 14 and to improve the heat exchange between the air passing through and the fluid. This increases the surface on the cooling air side as effectively as possible.
  • the heat exchanger has the feature that the two involved
  • Pipe trays and water boxes or fluid boxes form chambers which serve on the inlet side to distribute the coolant flow or fluid flow to the pipes and on the outlet side to bring the coolant flow out of the pipes.
  • the connections 2, 3, such as sockets on the chambers, enable the connection of the heat exchanger to a fluid circuit, such as a coolant circuit.
  • the cooler network is shown in FIG. 1 in a design preferably made of flat tubes and corrugated fins.
  • the pipes can have the following designs: round pipe construction, oval pipe construction or package construction.
  • FIG. 2 shows a schematically illustrated invention
  • Heat exchanger 101 which works on the basis of a cross flow guide and / or cross counter flow guide.
  • the cross-flow guide means that one fluid flow and the second fluid flow intersect.
  • the cross-countercurrent flow means that the one fluid flow and the second fluid flow intersect, the second fluid flow being another
  • the heat exchanger 101 has at least a first fluid inlet 102 and a first fluid outlet 103 and a second fluid outlet 103a so that a fluid can flow between the inlet 102 and the first and second outlet through the heat exchanger 101.
  • the inlet 102 is connected to a collecting chamber 104
  • the first outlet is connected to a collecting chamber 104a and the outlet is connected to a further collecting chamber 105.
  • the fluid flows from the inlet 102 into the first plenum 104, an inlet-side plenum. From there, the fluid flows through the fluid connections 110 into a further collection chamber 104b, an intermediate chamber.
  • the fluid is deflected in the intermediate chamber 104b and conducted through the fluid connections 1 10a against the flow direction in the fluid connections 110 to the collection chamber 104a. From the collection chamber 104a, a first part of the fluid flow is branched off through the one outlet 103 and discharged into a fluid circuit. Another portion of the fluid flow is directed to the collection chamber 105 through another portion of fluid connections 110b. That occurs there Fluid out of the heat exchanger and is fed to another fluid circuit or partial circuit.
  • the heat exchanger with a first stage, which is represented by the components 102, 104, 110, 104b 110a and 104a and 103. It is a cross-counterflow heat exchanger. In this stage, in the case of the coolant cooler, the fluid is already cooled to a first temperature. In the second stage, which is represented by the parts 104a, 110b, 105 and 103a, a part of the fluid which has already been cooled in the first stage, for example, is cooled again, so that this part of the fluid is cooled more intensely.
  • the tubes are arranged, for example, one behind the other in the upper first region 110, 110a, viewed in the direction of flow of the second medium, so that the tubes or fluid connections 110, 110a are each arranged in pairs and preferably on one level.
  • Two or more individual pipes can be arranged one behind the other, or it can be a single pipe that has a plurality of fluid channels within its extension, which are connected accordingly, so that some of the channels represent the fluid connection 110 and some of the channels represent the fluid connection 110a represent and train.
  • individual tubes can also be used, or a plurality of tubes can be used per level of the fluid connections, which tubes are connected in parallel with respect to the fluid flow.
  • a single tube or a plurality of tubes can also be arranged as a fluid connection, these tubes at least partially or in each case again having individual fluid channels.
  • the number of fluid connections 110, 110a belonging to the first area and the number of fluid connections belonging to the second area can be designed depending on the size of the volume flow of the partial volume flows and the corresponding target temperature of the fluid of the partial volume flows.
  • the first area from inlet 102 to first outlet 103 is the section that has more fluid connections than the second section of fluid connections 110b. Depending on the target temperature and volume flow, this can also be selected differently.
  • the division of the volume flows into the partial volume flows takes place, among other things, in the collecting chambers. These are separated from each other by means of walls in the outer boxes 120, 121 of the heat exchanger.
  • the first outer box 120 is constructed in such a way that it has a first partition 130 between the collecting chambers 104 and 104a, which brings about a fluid-tight separation between these chambers.
  • One chamber 104 is an inlet chamber which is delimited by the, for example, box-shaped outer wall of the outer box and by the wall 130. Furthermore, the chamber 104 is delimited by the wall 130, which has a first wall region 130b which is oriented perpendicular to the planes of the fluid connections 110, 110a, 110b and a second wall region which is essentially parallel to the respective planes of the fluid connections 110, 110a, 110b is aligned.
  • the inside of the outer box 121 is separated into two regions 104b, 105 by the partition 140, the partition 140 being oriented essentially parallel to the respective levels of the fluid connections.
  • the partition 140 is thus oriented horizontally, as shown in FIG. 2.
  • the region 104b is an intermediate chamber or a deflection or distribution chamber, the chamber 104 as an inlet chamber, the chamber 105 as an outlet chamber and the chamber 104a both as an outlet chamber and as an intermediate, distribution or
  • Deflection chamber serves.
  • the outer or side boxes 120, 121 can preferably be made of metal or plastic, and in the case of the plastic variant the partitions 130, 140 can be formed as parts made in one piece with the box.
  • the box as a whole can be manufactured as an injection molded part.
  • the tubes 110, 110a, 110b are arranged in such a way that free spaces 112 are provided between them as air passages. Ribs 113 are preferably arranged in at least some of these free spaces 112 in order to form flow channels for the passage of air and to improve the heat exchange between the air passing through and the fluid. This increases the surface on the cooling air side as effectively as possible. With a medium other than air, others can
  • Channels can be provided instead of an air passage.
  • the heat exchanger has the feature that the two media involved, for example the cooling air and the fluid in the first upper region of the fluid connections 110, 110a, are guided in cross-counterflow. In the lower area of the fluid connections, the two media involved are arranged in a cross flow.
  • Tube plates and water boxes or fluid boxes form chambers that are on the inlet side of the distribution of the coolant flow or fluid flow to the Pipes and on the outlet side serve to bring the coolant flow out of the pipes.
  • the connections 102, 103, 103a such as connecting pieces on the chambers, enable the connection of the heat exchanger to a respective fluid circuit or partial fluid circuit, such as a coolant circuit.
  • the cooler network is shown in a design preferably made of flat tubes and corrugated fins.
  • the pipes can have the following designs: round pipe construction, oval pipe construction or package construction
  • the presently described invention relates to fluid / fluid heat exchangers with cross and / or cross countercurrent flow, to which one or more fluid streams are fed at a high temperature level and from which two or more fluid streams cooled to different temperatures emerge.
  • the heat exchanger preferably consists of a first single-row, two-row or multi-row tube-fin system with distribution and collection chambers, preferably at least part of the heat exchanger having at least one deflection in the depth with a cross-counterflow guide.
  • a deflection in depth is to be understood as essentially a deflection in one plane of the pipes between fluid channels. This deflection from the fluid connections 110 to the fluid connections 110a takes place in the chamber 104b.
  • Another part of the heat exchanger can also be flowed through only once or in countercurrent, ie without or with a deflection in the depth.
  • a deflection in the width can also take place, the deflection in the width being defined such that the deflection is oriented essentially perpendicular to the levels of the fluid channels.
  • a single-row arrangement of pipes can also be used, these pipes then preferably having at their core a separation of different fluid channels, which accordingly take over the function of the fluid connections shown in FIG. 2.
  • the tube-fin system can be a system with flat, oval or round tubes or a system with other cross-sectional shapes.
  • the system can be mechanically joined or soldered.
  • the pipe-floor connection can be formed by mechanical forming, soldering,
  • the tube-fin system and the distribution and collection chambers can be composed, for example, of the following materials, in particular aluminum, non-ferrous metal, steel or plastic.
  • the heat exchanger is divided into two or more areas by partition walls in the collecting chambers, for example one area representing the cooler of a main coolant circuit and one or more other areas serving as low-temperature coolers or other coolers.
  • the partitions in the boxes are straight, preferably horizontally or vertically arranged or aligned to form the chambers, but in other exemplary embodiments it can also be expedient if they are I-shaped, Z-shaped, T-shaped and / or U-shaped in section. shaped or have another compound shape.
  • a fluid such as a coolant enters a heat exchanger with two or more rows of pipes 110, 110a only through a connecting piece 102, to be precise in the region which represents the cooler of the main coolant circuit.
  • the heat exchanger has outlet connections 103, 103a, one for the area of the cooler of the main coolant circuit and one for each
  • Low-temperature cooler area This is associated with cascading the fluid flow, such as the coolant flow, i.e. only a part of the fluid or coolant flow emerging from the respective cooler area is led out at each outlet connection, the rest represents the fluid or coolant entering the subsequent cooler area
  • the low-temperature areas in an integrated heat exchanger are preferably arranged so that areas through which coolant of higher temperature flows are in the cooling air flow behind or next to areas through which coolant of lower temperature flows.
  • the fluid cross sections on the fluid or coolant side in the areas are advantageously, if appropriate, corresponding to the cascading of the fluid flow or the coolant flow also graded.
  • the grading of the size of the inlet cross-sections is to be chosen so that the flow rate of the coolant on the one hand does not decrease so much that the performance of the area is impaired and on the other hand does not increase so much that the pressure loss becomes excessive.
  • the gradation of the size of the inlet cross-sections is preferably selected such that the inlet cross-section of the subsequent area of the heat exchanger or cooler area is between 1/5 and 1/2 of the outlet cross-section of the previous area of the heat exchanger or cooler area.
  • the inlet cross section can also be only up to 1/10 of the outlet cross section of the preceding region or can be of the same size. It is also advantageous if the gradation of the size of the inlet cross sections is selected so that the flow velocity of the fluid or the coolant is approximately the same in all areas. In particular, it is advantageous if the flow rate of the coolant in a subsequent cooler area is between 0.8 times and 1.2 times the flow rate of the coolant in the previous cooler area.
  • the flow of coolant through the areas of the cooler is selected such that all the connections can be arranged as simple connections arranged on the rear of the cooler.
  • at least individual nozzles could be arranged as an inlet or outlet both on the rear of the cooler or on the side or optionally also on the front of the cooler.
  • the rear of the radiator is defined so that it is the side that points towards the engine compartment when the radiator is installed in the vehicle.
  • FIG. 3 again shows an exemplary embodiment of a heat exchanger 200 according to FIG. 2 in a schematic illustration.
  • the fluid or also the coolant enters the first region 202 of the cooler through the inlet 201. From there, the fluid flows through the fluid connections 203 into the area 204.
  • This area 204 is designed as a chamber and has a deflection in depth, that is to say essentially in the plane of the fluid connections.
  • the fluid is directed from area 204 into fluid connections 205. From there, the fluid flows into the chamber 206.
  • This chamber has a deflection in width on the one hand, since the fluid is directed to the lower region of the chamber and is discharged there partly through the outlet 207 and partly through the fluid lines 208 to be led.
  • the area 208 represents a low-temperature area without a deflection in depth. From there, the fluid flows in the area 209 and then through the outlet 210.
  • the outlet connection of the first cooler area can be located on the back of the cooler where the entry into the low-temperature area is be attached to the chamber.
  • the flow is cascaded, ie part of the coolant exits after the first cooler area, the other part enters the subsequent low temperature area.
  • FIG. 4 shows a heat exchanger in a schematic illustration, parts of the heat exchanger 300 from FIG. 4 not being described again insofar as they are already shown in FIG. 2 or 3.
  • the heat exchanger 300 has a further outlet connector 301.
  • This low-temperature area of the heat exchanger arises in area 302, area 304 representing a further low-temperature area.
  • the heat exchanger has three respective areas 302, 304 and 306, each of which has an outlet 301, 303, 305 is assigned to only one inlet 310.
  • Each of the three cooler areas is simply flowed through. From region 302 to region 304 there is a deflection in depth, preferably in chamber 311.
  • the partition walls 312, 313 of the chambers are arranged horizontally at 312 and in section I-shaped with a long section at 313
  • FIG. 5 shows a heat exchanger 350 in a schematic illustration, parts of the heat exchanger 350 from FIG. 5 not being described again insofar as they are already shown in FIGS. 1 to 4.
  • the heat exchanger 350 of FIG. 5 has in the first side box 360 a t-shaped intermediate wall 351, consisting of a horizontal wall 351 b and a vertical wall 351 a, which essentially stands on the horizontal wall.
  • This design of the intermediate wall 351 divides the side box 360 into three areas 361, 362 and 363, two areas on either side of the wall 351 a and one below the wall 351 b.
  • the heat exchanger 350 has a substantially z-shaped intermediate wall 392 in the second side box 390, consisting of a horizontal wall 392a, a vertical wall 392b and a further horizontal wall 392c. This design of the intermediate wall 392 divides the side box 390 into two areas 391 and 393.
  • Area 361 communicates with inlet 370. Starting from the region 361, the fluid flows through the fluid connections of the
  • the heat exchanger thus consists of a first cooler area and two further downstream coolers, with a deflection in depth, ie in the plane of the fluid connections, in the
  • Area of the second cooler is present and this also has a deflection in width.
  • the regions 380, 381, 382 and 383 of the fluid connections are arranged in such a way that the regions 381 and 382 are preferably arranged in the air flow direction in front of the region 230 and the region 383 is arranged below these regions.
  • the heat exchanger 400 according to FIG. 6 represents a further embodiment, whereby, which differs from the variant according to FIG. 3 in that the low-temperature region with respect to the cooling air flow is partially in front of the first cooler region.
  • the intermediate wall 402 of the side box 401 has a Z-shaped design, so that the fluid flow flows from the inlet 403 into the area 404.
  • This area is formed in the upper area over the width of the side box and in the lower area has a restriction of the expansion due to the division by the vertical partition.
  • the fluid connections of the central area are also divided into areas 410 and 411 by a z-shaped division.
  • the fluid flows from the chamber 404 through the region 410 into the side box 430, is deflected there partly in depth and in width and partly flows out through the outlet 431 and into the region 411 and from there into the region of Side chamber 405 and from there through outlet 432.
  • a part of the area 411 of the second cooler lies with its fluid connections in the direction of the air flow in front of a part of the cooler of the first area 410.
  • the areas 410 and 411 have an I-shaped section.
  • FIG. 7 shows an embodiment variant of a heat exchanger 450 which, in comparison to the heat exchanger of FIG. 6, has a horizontal intermediate wall 451 in one side box and a further outlet 452 in the region of the chamber 453.
  • the fluid flow from region 460 is both deflected into region 461 and led into outlet 452.
  • the fluid then flows from the area 461 into the chamber of the side box according to FIG. 6.
  • a width deflection takes place starting from the area 461.
  • the low-temperature range of the heat exchanger in FIG. 6 is thus divided into two low-temperature ranges by an additional partition and an additional connecting piece.
  • the area 460 is I-shaped in section.
  • FIG. 8 shows a further exemplary embodiment of a heat exchanger 500, the side boxes in comparison to FIG. 7 with respect to FIG. 8
  • intermediate walls are interchanged, that is to say that in the first side box 501 an intermediate wall 502 is arranged in a horizontal orientation and the side box 501 is divided into two areas, such as chambers 503 and 504, which are essentially arranged one below the other.
  • a z-shaped intermediate wall 521 is arranged in the second side box 520 and divides the side box 520 into two regions 530 and 531, which are essentially I-shaped in section.
  • the area 503 is connected to the inlet 505 as an upper chamber. From there, the fluid flows through the fluid connection region 510, which is known as the Sectional cuboid arrangement of fluid connections is formed. From there, the fluid flows in a deflection in width and depth into the area 511, which is designed as an arrangement of fluid connections which is cuboid in section. The fluid also flows from the area 530 through the outlet 533. The fluid also flows through the area 511 and from there into the area of the chamber 504, where a deflection takes place in depth and possibly in width, with part of the fluid flows out of the chamber 504 through the outlet 534 and continues through the area 512, which is designed as an I-shaped arrangement of fluid connections in section. From there, the fluid flows into the chamber 531 and from there through the outlet 535.
  • the heat exchanger in FIG. 8 represents a variant which differs from the heat exchanger in FIG Low temperature range is divided from the first cooler area.
  • FIG. 9 shows an embodiment variant which differs from the heat exchanger of FIG. 8 in that the second low-temperature area is divided into two low-temperature areas by an additional horizontal partition 550 and an additional connecting piece 551.
  • the heat exchangers of FIGS. 2 to 8 have a cascaded flow and a deflection in depth at least for a partial flow.
  • FIG. 10 shows a section of a heat exchanger in the vertical direction, for example vertically to a plane of the fluid connections.
  • the tube-rib system 600 of the fluid connections is in the central region at least in two rows with the fluid connection regions 601 and 602 trained. This is expedient for the arrangement of the individual areas of the cooler, at least a partial deflection in the depth being provided.
  • the deflection can take place, for example, in the side boxes, which are not shown here.
  • the deflection in depth is preferably carried out in cross-countercurrent.
  • the integrated heat exchanger is divided into four areas 601, 602, 603 and 604, wherein each partial area can have one or more rows of pipes. Each section can be flowed through easily or have a deflection in width or depth.
  • the partial area 603 could be omitted. It is also possible to combine the partial areas 603 and 601 and the partial areas 602 and 604 into one area each.
  • the dimensions a, b and c transverse to the flow direction of the integrated heat exchanger can be varied within certain limits. The sum a + b + c corresponds to the overall dimension of the heat exchanger.
  • the partial area 604 is expediently present and possibly without a deflection in depth.
  • the flow of coolant through the areas of the cooler is selected such that the majority of the sockets can be arranged as simple sockets arranged on the rear of the cooler, while other sockets are arranged differently and, for example, on the side or on the front be led out of the distribution and collection chambers.
  • FIGS. 11 to 14 Different variants of this design are shown in FIGS. 11 to 14.
  • the heat exchanger 700 of the exemplary embodiment in FIG. 11 essentially represents a variant which differs from the heat exchanger in accordance with FIG. 8 in that both low-temperature ranges 701 and 702 are of the same size and the second low-temperature range is therefore not only partially, but completely before the first Low temperature range.
  • the wall 703 has an I-shaped design and divides the side box into two chambers or areas 704 and 705, the area 705 being at least partially in front of the area 704 in the air flow direction.
  • An outlet 710 is connected to the area 705 and can be directed to the side or to the front.
  • the heat exchanger 750 of the exemplary embodiment in FIG. 12 essentially represents a further variant, which differs from the heat exchanger in accordance with FIG. 11 in that the main area 751 is larger than the main area 711 and one low-temperature area 752 is smaller than the low-temperature area 701. This is achieved in that the fluid connections are connected accordingly and the wall 753 is z-shaped in section.
  • the main area 751 is thus partially, viewed in the air flow direction, next to or behind the area 754 and above the area 752.
  • the two low-temperature areas 752 and 754 are of different sizes and the second low-temperature area 754 is partially in front of the main area 751 and before the low-temperature area 752 ,
  • the heat exchanger 800 of the exemplary embodiment in FIG. 13 essentially represents a further variant, which differs from the heat exchanger in accordance with FIG. 12 in that the one low temperature range 801 is larger than the low temperature range 752 and the low temperature range 802 is smaller than the low temperature range 754. This is achieved in that the fluid connections are connected accordingly and the wall 810 is c-shaped and is essentially formed from two horizontal walls with a vertical wall. The main area 804 is therefore partially viewed in the air flow direction behind the area 802 and above the
  • the low-temperature area 802 lies above the area 801.
  • the area 802 is thus arranged between the areas 801 and 804, the area 801 being in part directly adjacent to the area 804.
  • the two low temperature ranges 801 and 802 are of different sizes.
  • the heat exchanger 800 in FIG. 13 provides one
  • the heat exchanger 850 of the exemplary embodiment of FIG. 14 essentially represents a further variant, which differs from the heat exchanger according to FIG. 12 in that the one low-temperature region 754 is divided into two low-temperature regions 851, 852 by a further division, so that a total of three low-temperature regions 851, 852, 853 are present.
  • the wall 860 is H-shaped and essentially consists of two horizontal walls with a vertical wall, the lower horizontal wall extending across the width of the side box and the upper horizontal Wall extends only over a portion of the width of the side box.
  • the main area 854 is therefore partially in Air flow direction viewed behind area 851 and above areas 852 and 853.
  • Low-temperature area 851 lies above area 852.
  • Area 853 is arranged in front of area 852 in the air flow direction.
  • FIG. 15 shows a section through a heat exchanger 880 in the vertical direction.
  • the tube and fin system is at least partially at least in two rows, with an at least partial deflection in the depth being provided.
  • the deflection in depth can be carried out in cross-counterflow.
  • the integrated heat exchanger is subdivided into areas 881, 882, 883, 884 and 885 by fluid connections, wherein each subarea can have one or more rows of pipes.
  • Each section can be flowed through easily or have a deflection in width and / or depth.
  • the subarea 884 and / or 885 could be omitted. It is also possible to combine the partial areas 881 and 882 and the partial areas 883 and 885 into one area each.
  • the dimensions a, b and c transverse to the flow direction 890 of the integrated heat exchanger can be varied according to the invention.
  • the sum a + b + c is advantageously the total dimension of the heat exchanger.
  • the partial area 881 is preferably present and possibly without / with a deflection in depth.
  • FIG. 16 shows a heat exchanger 900 passing through a central one
  • Area 901 is equipped with a tube-rib system, which is divided into different areas. Furthermore, the Heat exchangers via laterally arranged side boxes 902 and 903, the side boxes being divided into individual chambers by the arrangement of intermediate walls. Some of the chambers are connected to at least one inlet and / or at least one outlet.
  • the central area 901 is subdivided into five separate areas of fluid connections, the areas each having, viewed separately, fluid connections connected in parallel, which are not connected within the areas to fluid connections of the other areas. Viewed in the direction of air flow are at the top of the
  • Heat exchanger 900 two areas 910, 911 arranged, the area 910 is arranged in the air flow direction in front of the area 911.
  • the two areas share the overall depth of the heat exchanger with essentially the same width. In this regard, there may also be different extensions in depth and possibly also in width.
  • a third region 912 is arranged below these two regions and extends over the entire depth of the heat exchanger. Below this area, viewed in the air flow direction, two further areas 913, 914 are arranged at the lower end of the heat exchanger 900, the area 913 in
  • Air flow direction is arranged in front of the area 914.
  • the two areas share the overall depth of the heat exchanger with essentially the same width. In this regard, there may also be different extensions in depth and possibly also in width.
  • the fluid flows through the inlet or inlet 920 through the nozzle into the chamber 921, which is formed in the side box by the wall 922 and the wall of the side box.
  • the fluid then flows through area 911 and becomes at least partially in chamber 930 in redirected the depth.
  • the chamber 930 is formed by the wall of the side box 903 and the intermediate wall 931. Furthermore, part of the fluid flows out through the outlet 940.
  • the fluid that is redirected in chamber 930 then flows back through area 910 and enters chamber 923, which is formed by wall 922 and horizontal wall 924 in side box 902. In the area of chamber 923, the fluid partly deflected in width so that it flows into the area 912 and another part of the fluid exits at the outlet 940.
  • the fluid that flows through the region 912 from there into the chamber 932 is partly redirected there and partly flows into the region 914. Another part can flow out through the outlet 941.
  • the fluid flowing through region 914 enters chamber 925, which is formed by the wall of the side box and the horizontal partition. In this chamber, the fluid is partially redirected in depth and partially the fluid flows through outlet 942. The redirected fluid then flows through area 913 and from there into chamber 933, from where it flows out through outlet 943.
  • the heat exchanger thus has one inlet and four outlets.
  • a large part of the connecting pieces could be arranged on the rear of the cooler, while other connecting pieces are or can be arranged differently and, for example, be led out of the distribution and collection chambers from the side or from the front.
  • a plurality of partial areas can be represented, each of which can have one or more rows of pipes. Each section can be flowed through easily or have a deflection in width and / or depth.
  • the heat exchanger has more than one inlet. Instead of a "cascaded" flow through all cooler areas, which is supplied with coolant from a single inlet connection, the independent coolant supply of individual partial areas or groups of partial areas thus takes place.
  • This design form can be represented from all the design forms and variants described above by means of additional partition walls and connecting pieces.
  • FIG. 17 shows a further schematic illustration of a
  • Heat exchanger 1000 which has two inlets and three outlets.
  • FIG. 17 shows a heat exchanger 10 ⁇ 0, which is equipped by a central area 1001 with a tube-fin system, which is divided into different areas. Furthermore, the heat exchanger has laterally arranged side boxes 1002 and 1003, the side boxes being divided into individual chambers by the arrangement of intermediate walls. Some of the chambers are connected to at least one inlet and / or at least one outlet.
  • the central area 1001 is subdivided into three separate areas of fluid connections, the areas each having, viewed separately, fluid connections connected in parallel, which are not connected to fluid connections of the other areas within the areas. Viewed in the air flow direction 1099 are at the upper end of the
  • Heat exchanger 1000 two areas 1010, 1011 arranged, the area 1010 is arranged in the air flow direction in front of the area 1011.
  • the two areas share the same depth, the overall depth of the heat exchanger. In this regard, there may also be different extents in depth possibly also in width.
  • a third region 1012 is arranged below these two regions and extends over the entire depth of the heat exchanger.
  • the fluid flows through the inlet or inlet 1020 through the nozzle into the chamber 1021 which is formed in the side box by the wall 1022 and the wall of the side box.
  • the fluid then flows through region 1010 and is at least partially deflected in depth in chamber 1030.
  • the chamber 1030 is formed by the wall of the side box 1003 and the intermediate wall 1031. Furthermore, part of the fluid flows out through the outlet 1040. Further fluid flows into chamber 1030 through a further inlet 1041.
  • the fluid which is deflected in the chamber 1030 or which flows into the chamber through the further inlet then flows back through the region 1011 and enters the chamber 1023, which is formed by the wall 1022 and the
  • the fluid In the area of the chamber 1023, the fluid is partially redirected in width so that it flows into the area 1012 and another part of the fluid exits at the outlet 1042.
  • Chamber 1032 and flows from there through outlet 941.
  • the heat exchanger thus has two inlets and three outlets.
  • the heat exchanger 1100 has, for example, a single-row tube-fin system 1 101 and two side boxes 1102 and 1103.
  • a further heat exchanger 1199 in the cooling air flow 1198 is arranged upstream of this heat exchanger.
  • the heat exchanger can also consist of only one row of pipes or of several rows of pipes for which no deflection in depth is provided is to be trained. In this case, however, deflections can be provided in the width or the sub-areas of an integrated heat exchanger lie side by side.
  • the integrated heat exchanger has at least one further heat exchanger in front of it in the cooling air flow and these are connected, for example, to form a module.
  • This or these upstream heat exchangers are advantageous for the individual areas of the. integrated heat exchanger positioned that current flow and
  • Temperature level in the upstream heat exchangers roughly corresponds to the situation in the "front half" of an integrated heat exchanger according to the design principles of the figures described above.
  • Sockets for inlet and / or outlet are not only led out on the rear of the cooler or on the side, but also, if necessary, also viewed above and below or on the front of the cooler, in the direction of air flow.
  • the nozzles can be attached, designed as an angle nozzle or a nozzle.
  • the design features of the heat exchangers are not only applicable to the cross-flow coolers described, but also to downdraft or rising flow coolers
  • the design features are also reversible in terms of right / left, up / down.
  • a deflection in depth and / or the arrangement of cooler areas with a low temperature level in the cooling air flow in front of cooler areas with a high temperature level advantageously improves the effectiveness of the heat exchanger.
  • the cascading of the coolant flow over several cooler areas expediently reduces the number of nozzles required and thus the number of interfaces. This also reduces the number of hoses, hose connections and coolant content required.
  • the grading of the inlet cross sections of the cooler areas advantageously allows the maintenance of favorable conditions for heat transfer and pressure drop across all cooler areas.
  • the cascaded low-temperature areas can each supply cooling power for the unit assigned to them and also for other units.
  • Cascaded means that parts of a fluid flow are branched off in stages or steps and the rest of the fluid continues to flow through the heat exchanger.
  • the amount of fluid flowing further through the heat exchanger is additionally cooled, so that amounts of fluid at different outlets of the heat exchanger or mass flows with different temperatures are available.
  • the respective amounts of the fluid at a given temperature can be specifically controlled by designing the respective areas of the heat exchanger.
  • the areas of the heat exchanger which generate fluid with a lower temperature are preferably arranged in front of or next to other areas, preferably in the cooling air flow or in another cooling mass flow.
  • FIG 19 shows a cooling circuit in a schematic representation with a heat exchanger 1201, a condenser 1202, and units, such as a drive motor 1203, a starter generator 1204, a transmission with transmission oil cooler 1206, a cooler for electronics 1207 of the vehicle, a charge air coolant cooler 1208, a pump
  • the condenser 1202 can be arranged as a separate component or can be designed as a structural unit with the heat exchanger or with the
  • Heat exchanger 1201 can be integrated.
  • the schematic illustration shows an example of a heat exchanger 1201 as shown in FIG. 17.
  • the heat exchanger 1201 has an inlet 1220 through which a fluid from line 1221, such as coolant, flows into the heat exchanger.
  • the fluid then flows through the fluid connections, for example of a tube-fin system, and flows out again in part at the respective outlets 1222, 1223, 1224.
  • the temperatures of the respective coolant flow at the respective outlets are different and, depending on the design, can be between approx. 10 degrees Celsius and 40 degrees Celsius or more differ.
  • the temperature at the inlet is approximately 115 degrees, at the outlet 1222 approximately 110 degrees, at the outlet 1224 approximately 80 degrees and at the outlet 1223 approximately 60 degrees.
  • these values depend on the particular design of the heat exchanger and the circuit.
  • the highest temperature fluid flows from the outlet 1222 to the coolant inlet of the engine 1203 via the pump 1209. There it is heated and the heated fluid flows from the coolant outlet of the engine 1203 through the line 1221 to the heat exchanger inlet 1220.
  • a bypass thermostatic valve is arranged, which at least partially opens or closes the bypass connection in accordance with predetermined characteristic values, so that the engine can warm up more quickly, for example in a cold start situation, when the fluid does not or does not run completely through the radiator.
  • a further line 1231 is connected to the outlet 1224 and is connected to an oil cooler in which heat exchange takes place between the fluid and the transmission oil.
  • the fluid heated in oil cooler 1206 flows through line 1232 and enters line 1230.
  • a further line 1233 is connected to the outlet 1223 and is connected to a cooler 1207 for electronics and thus in series with a charge air coolant cooler 1208.
  • the fluid heated in this way flows through line 1234 and enters line 1230 and, after flowing through the motor, back into heat exchanger 1201.
  • This pump can be a pump driven by an electric motor or a pump driven by the drive motor 1203, wherein the pump driven by the electric motor can preferably be operated in accordance with the cooling requirements, that is to say also in electrically or electronically controlled operation.
  • the arrangement of a pump for supplying a main cooling circuit and at least one secondary circuit can advantageously be provided, since the at least one secondary circuit is guided parallel to the bypass valve 1210.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Wärmetauscher insbesondere zur Anwendung in einem Kraftfahrzeug, sowie einen Kreislauf mit einem Wärmetauscher.

Description

Wärmetauscher
Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, insbesondere für den Einsatz in einem Kraftfahrzeug sowie einen Kreislauf mit einem Wärmetauscher.
Wärmetauscher finden in einem Kraftfahrzeug vielfach Verwendung, beispielsweise als Kühler, Heizelemente, Kondensatoren oder Verdampfer. In einem modernen Fahrzeug findet man eine Vielzahl verschiedener Wärmetauscher, die beispielsweise als Kühler ausgebildet sind und unterschiedliche Fahrzeugaggregate, -komponenten oder Medien in
Fahrzeugaggregaten oder -komponenten kühlen. Beispielsweise ist ein Kühlmittelkühler zur Kühlung des Antriebsmotors, wie beispielsweise Verbrennungsmotors oder Elektromotors, ein Getriebeölkühler, ein Abgaskühler, ein Ladeluftkühler, ein Hydraulikölkühler für verschiedenste Anwendungen in einem Fahrzeug und/oder weitere Kühler vorgesehen.
Die Anordnung vieler Wärmetauscher im Fahrzeug erfordert einen erhöhten Bauraumbedarf und führt immer wieder zu Konflikten zwischen vorhandenem Bauraum und jeweiliger Anordnung der Wärmetauscher. Dabei kann es zu gewissen Kompromissen hinsichtlich der Anordnung der einzelnen Wärmetauscher führen, die gegebenenfalls aus thermodynamischer' Sicht nicht ideal ist. Auch kommt es durch die einzelne Anordnung der jeweiligen Wärmetauscher zu eine erhöhten Bauraumbedarf, da aufgrund vorhandener Fertigungstoleranzen mehr Bauraum zur Verfügung gestellt werden muß, als gegebenenfalls notwendig.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Wärmetauscher zu schaffen, der gegenüber dem Stand der Technik verbessert ist.
Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß ein Wärmetauscher, insbesondere für Kraftfahrzeugkühlanlagen derart ausgestaltet ist, daß er mit zumindest einem Fluideinlass und zumindest zwei Fluidauslässen versehen ist, mit einer Anordnung von Fluidverbindungen zwischen Eingangs-, Sammel- Umlenk- und/oder Auslasskammern, wobei die Fluidverbindungen in verschiedene Bereiche unterteilt sind und zwischen zumindest einem Einlass und einem ersten Auslass ein erster Bereich von Fluidverbindungen angeordnet ist und zwischen dem ersten Auslass und einem zweiten Auslass ein weiterer Bereich von Fluidverbindungen angeordnet ist.
Besonders zweckmäßig ist es, wenn ein weiterer dritter Auslass angeordnet ist und zwischen dem zweiten Auslass und dem dritten Auslass ein weiterer Bereich von Fluidverbindungen vorgesehen ist. Es kann jedoch auch zweckmäßig sein, wenn ein weiterer n-ter Auslass angeordnet ist und zwischen dem n-1 -ten Auslass und dem n-ten Auslass ein weiterer Bereich von Fluidverbindungen vorgesehen ist, wobei n vorzugsweise 3, 4, 5, 6, 7, 8,
9, 10 oder größer als 10 ist.
Vorteilhaft ist es ebenso, wenn einzelne Bereiche von Fluidverbindungen durch Eingangs-, Sammel- Umlenk- und/oder Auslasskammern mit anderen Bereichen von Fluidverbindungen und/oder mit zumindest einem Einlass und/oder zumindest einem Auslass verbunden sind.
Dabei ist es zweckmäßig, wenn die Eingangs-, Sammel- Umlenk- und/oder Auslasskammern vorzugsweise in seitlich den Fluidverbindungen angeordneten Seitenkästen angeordnet sind, wobei die Seitenkästen durch Trennwände in verschiedene Kammern unterteilbar sind. Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Trennwände als vertikale, horizontale oder I-förmige, z- förmige. c-förmige, t-förmige oder daraus zusammengesetzt geformte Wände ausgebildet sind.
Bei einem Ausführungsbeispiel ist es zweckmäßig, wenn zwischen zumindest einem ersten Bereich von Fluidverbindungen und einem zweiten Bereich von Fluidverbindungen eine Umlenkung in der Tiefe, also in einer Ebene der Fluidverbindungen, vorliegt.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel ist es zweckmäßig, wenn zwischen zumindest einem ersten Bereich von Fluidverbindungen und einem zweiten Bereich von Fluidverbindungen eine Umlenkung in der Breite, also in einer Ebene senkrecht zu einer Ebene der Fluidverbindungen, vorliegt.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel ist es zweckmäßig, wenn zwischen zumindest einem ersten Bereich von Fluidverbindungen und einem zweiten Bereich von Fluidverbindungen eine Umlenkung in der Tiefe und in der Breite, also in einer Ebene der Fluidverbindungen und in einer Ebene senkrecht zu einer Ebene der Fluidverbindungen, vorliegt.
Vorteilhaft ist ebenfalls, wenn zwei Bereiche von Fluidverbindungen ohne Auslass zwischen ihnen, im Gegenstrom geführt werden. Weiterhin ist es zweckmäßig, wenn zwischen den Fluidverbindungen Kanäle für ein weiteres Medium oder Fluid vorgesehen sind. Dabei kann es besonders zweckmäßig sein, wenn diese Kanäle gebildet werden durch Rippen zwischen den Fluidverbindungen. Das Medium kann vorteilhaft Luft sein. Das Medium kann vorteilhaft ein fluides oder flüssiges Medium sein.
Zweckmäßig ist es, wenn die Fluidverbindungen Rohre sind, wie vorzugsweise Flachrohre oder Rundrohre oder Ovalrohre. Ebenfalls ist es zweckmäßig, wenn die Rohre eine Mehrzahl von Fluidkanälen aufweisen, die über die Länge der Rohre miteinander nicht kommunizieren. Weiterhin ist es zweckmäßig, wenn die Fluidverbindungen oder Rohre eine Mehrzahl von Fluidkanälen aufweisen, die über die Länge der Rohre miteinander kommunizieren. Weiterhin kann es zweckmäßig sein, wenn die Fluidverbindungen oder Rohre einreihig oder mehrreihig nebeneinander pro Ebene der Fluidverbindungen angeordnet sind.
Gemäß eines weiteren Erfindungsgedankens wird ein Fluidkreislauf geschaffen, mit zumindest einem Wärmetauscher mit zumindest einem Einlass und zumindest zwei Auslässen, mit zumindest zwei Aggregaten, die mit dem Wärmetauscher mittels Fluidleitungen versorgbar sind und einen Fluideinlass und einen Fluidauslass aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen einem Auslass des zumindest einen Wärmetauschers und einem Einlass zumindest eines Aggregates eine Pumpe mit Einlass und Auslass angeordnet ist und zumindest ein Auslass eines weiteren Aggregats mit der Einlassseite der Pumpe verbindbar ist. Dadurch wird vorteilhaft erreicht, daß die Anzahl der verwendeten Pumpen reduziert werden kann und gleichzeitig der Fluidstrom zur Kühlung der weiteren Aggregate auch zur Kühlung des Hauptaggregats, wie des Motors des Fahrzeugs verwendet werden kann. Somit erhöht sich die Effizienz des Kühlsystems weiter. Dadurch kann beispielsweise das Gesamtsystem verändert ausgelegt werden und gegebenenfalls Bauteile und Kosten eingespart werden oder kleiner dimensioniert werden.
Als Aggregate des Fahrzeuges können der Antriebsmotor, ein Getriebe, ein Turbolader, eine Einspritzpumpe, eine Elektronik, eine Abgasanlage, Hydraulikanlagen oder weitere Aggregate als Wärmequellen angesehen werden. Bei solchen Wärmequellen ist die Abfuhr von Wärme an die Umgebung zur Kühlung und Temperierung oft notwendig.
Vorteilhaft ist, wenn das weitere Aggregat mit seinem Einlass mit einem Auslass des Wärmetauschers in Verbindung steht. Auch ist es zweckmäßig, wenn eine Mehrzahl von weiteren Aggregaten seriell verbunden und von dem Fluid durchströmt werden. Auch ist es vorteilhaft, wenn eine Mehrzahl von weiteren Aggregaten parallel verbunden und von dem Fluid durchströmt werden. Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Einlass eines weiteren Aggregats mit einem Auslass des Wärmetauschers in Verbindung steht.
Im folgenden sei die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen in den Figuren näher erläutert. Dabei zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Wärmetauschers,
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Wärmetauschers,
Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Wärmetauschers,
Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Wärmetauschers, Fig. 5 eine schematische Darstellung eines Wärmetauschers,
Fig. 6 eine schematische Darstellung eines Wärmetauschers,
Fig. 7 eine schematische Darstellung eines Wärmetauschers,
Fig. 8 eine schematische Darstellung eines Wärmetauschers,
Fig. 9 eine schematische Darstellung eines Wärmetauschers, Fig. 10 eine schematische Darstellung eines Wärmetauschers, Fig. 11 eine schematische Darste llung eines Wärmetauschers, Fig. 12 eine schematische Darste llung eines Wärmetauschers, Fig. 13 eine schematische Darste llung eines Wärmetauschers, Fig. 14 eine schematische Darste llung eines Wärmetauschers, Fig. 15 eine schematische Darste llung eines Wärmetauschers, Fig. 16 eine schematische Darste llung eines Wärmetauschers, Fig. 17 eine schematische Darste llung eines Wärmetauschers, Fig. 18 eine schematische Darste llung eines Wärmetauschers und Fig. 19 eine schematische Darste llung eines Kühlkreislaufs.
Die Figur 1 zeigt einen Wärmetauscher, wie beispielsweise einen Kühler, einen Heizer, einen Kondensator oder einen Verdampfer. Der Wärmetauscher sei im folgenden ohne Beschränkung der Allgemeinheit in einer Funktion als Kühlmittelkühler beschrieben.
Der Wärmetauscher 1 weist einen Fluideinlaß 2 und einen Fluidauslaß 3 auf, so daß ein Fluid zwischen dem Einlaß und dem Auslaß durch den Wärmetauscher strömen kann. Der Einlass ist an eine Sammelkammer 4 und der Auslass ist mit einer Sammelkammer 5 verbunden. Das Fluid strömt von dem Einlass 2 in die erste Sammelkammer 4, eine einlaßseitige Sammelkammer. Von der zweiten Sammelkammer 5, eine auslaßseitige Sammelkammer, strömt das Fluid in den Auslaß 3. In der Figur 1 ist die einlaßseitige Sammelkammer 4 oder die auslaßseitige Sammelkammer gebildet durch ein kastenförmiges Element 6 bzw. 7, wie beispielsweise Wasserkasten oder Fluidkasten, das mit einer Wandung, wie Rohrböden, 8 bzw. 9 verbindbar ist und nach außen fluiddicht ausgebildet ist. Die Teile 6 und 8 auf Einlaßseite bzw. die Teile 7 und 9 auf Auslaßseite sind derart miteinander verbunden, daß das im inneren befindliche Fluid im wesentlichen nicht austreten kann. Zwischen den Sammelkammern 4 und 5 sind Fluidverbindungen 10 vorgesehen, durch welche das Fluid von der einen Sammelkammer 4 zu der anderen Sammelkammer strömen kann.
Die Fluidverbindung 10 besteht im wesentlichen aus einer Vielzahl von parallelen Röhren 11 , durch die im Inneren das Fluid von einer Seite zur anderen Seite strömen kann. Diese Röhren können Flachrohre sein oder Rundrohre oder andere Verbindungsröhren. Auch können diese Röhren in ihrem inneren verschiedene Strömungskanäle aufweisen, die miteinander getrennt ausgebildet sind oder auch zumindest stellenweise zumindest teilweise miteinander verbunden sind. Die Röhren 11 sind derart angeordnet, daß zwischen ihnen Freiräume als Luftdurchtritt vorgesehen sind. In zumindest einige dieser Freiräume 12 sind vorzugsweise Rippen 13 angeordnet, um Strömungskanäle für den Luftdurchtritt gemäß Pfeil 14 zu bilden und den Wärmeaustausch zwischen der durchstreichenden Luft und dem Fluid zu verbessern. Dadurch wird die Oberfläche auf der Kühlluftseite möglichst effektiv erhöht.
Der Wärmetauscher weist das Merkmal auf, daß die beiden beteiligten
Medien, zum Beispiel die Kühlluft und das Fluid im Kreuzstrom geführt werden.
Rohrböden und Wasserkästen bzw. Fluidkasten bilden Kammern, die auf der Eintrittsseite der Verteilung des Kühlmittelstroms oder Fluidstrom auf die Rohre und auf der Austrittsseite der Zusammenführung des Kühlmittelstroms aus den Rohren dienen. Die Anschlüsse 2,3, wie beispielsweise Stutzen an den Kammern ermöglichen den Anschluß des Wärmetauschers an einen Fluidkreislauf, wie beispielsweise Kühlmittelkreislauf. ln Figur 1 ist das Kühlernetz in einer Bauform vorzugsweise aus Flachrohren und Wellrippen dargestellt. Die Rohre können die folgenden Bauformen aufweisen: Rundrohrbauweise, Ovalrohrbauweise oder Paketbauweise.
Die Figur 2 zeigt einen schematisch dargestellten erfindungsgemäßen
Wärmetauscher 101 , der auf der Basis einer Kreuzstromführung und/oder Kreuzgegenstromführung arbeitet. Die Kreuzstromführung besagt, daß der einen Fluidstrom und der zweite Fluidstrom sich kreuzen. Die Kreuzgegenstromführung besagt, daß der einen Fluidstrom und der zweite Fluidstrom sich kreuzen, wobei der zweite Fluidstrom dabei noch eine
Umlenkung erfährt, so daß sich sowohl ein hinführender als auch ein rückführender Fluidstrom sich mit dem ersten Fluidstrom kreuzen, sich also gegenläufige Fluidströme sich mit dem anderen Fluidstrom kreuzen.
Der Wärmetauscher 101 weist zumindest einen ersten Fluideinlaß 102 und einen ersten Fluidauslaß 103 und einen zweiten Fluidauslaß 103a auf, so daß ein Fluid zwischen dem Einlaß 102 und dem ersten bzw. zweiten Auslaß durch den Wärmetauscher 101 strömen kann. Der Einlass 102 ist mit einer Sammelkammer 104, der erste Auslaß mit einer Sammelkammer 104a und der Auslass ist mit einer weiteren Sammelkammer 105 verbunden. Das Fluid strömt von dem Einlass 102 in die erste Sammelkammer 104, eine einlaßseitige Sammelkammer. Von dort strömt das Fluid durch die Fluidverbindungen 110 in eine weitere Sammelkammer 104b, eine Zwischenkammer. Das Fluid wird in der Zwischenkammer 104b umgelenkt und durch die Fluidverbindungen 1 10a entgegen der Strömungsrichtung in den Fluidverbindungen 110 zu der Sammelkammer 104a geleitet. Von der Sammelkammer 104a aus wird ein erster Teil des Fluidstroms durch den einen Auslaß 103 abgezweigt und in einen Fluidkreislauf abgeführt. Ein Weiterer Teil des Fluidstroms wird durch einen weiteren Teil von Fluidverbindungen 110b zu der Sammelkammer 105 geleitet. Dort tritt das Fluid aus dem Wärmetauscher aus und wird einen weiteren Fluidkreislauf oder Teilkreislauf zugeführt.
Vorteilhaft ist eine Ausbildung des Wärmetauschers mit einer ersten Stufe, die durch die Bauteile 102, 104, 110, 104b 110a und 104a und 103 dargestellt ist. Es handelt sich hierbei um einen Kreuzgegenstromwärmetauscher. In dieser Stufe wird für den Fall des Kühlmittelkühlers das Fluid bereits auf eine erste Temperatur abgekühlt. In der zweiten Stufe, die durch die Teile 104a, 110b, 105 und 103a dargestellt ist, wird ein Teil des Fluids, das in der ersten Stufe bereits beispielsweise abgekühlt wurde, erneut abgekühlt, so daß dieser Teil des Fluids stärker abgekühlt wird. Die Anordnung der Rohre erfolgt beispielsweise im oberen ersten Bereich 110, 110a, in Strömungsrichtung des zweiten Mediums betrachtet, hintereinander, so daß die Rohre oder Fluidverbindungen 110, 110a jeweils paarweise und vorzugsweise auf einer Ebene angeordnet sind. Dabei können zwei oder mehrere einzelne Rohre hintereinander angeordnet sein oder es kann ein einziges Rohr sein, das innerhalb seiner Erstreckung eine Vielzahl von Fluidkanälen aufweisen, die entsprechend verschaltet sind, so daß ein Teil der Kanäle die Fluidverbindung 110 repräsentieren und ein Teil der Kanäle die Fluidverbindung 110a repräsentieren und ausbilden.
Im zweiten Bereich des Wärmetauschers mit den Fluidverbindungen 110b können auch einzelne Rohre verwendet werden oder es können pro Ebene der Fluidverbindungen mehrere Rohre verwendet werden, die bezüglich des Fluidflusses parallel geschaltet sind. Auch kann ein Einzelnes Rohr oder eine Mehrzahl von Rohren als Fluidverbindung angeordnet sein, wobei diese Rohre zumindest teilweise oder auch jeweils wieder einzelne Fluidkanäle aufweisen. Die Anzahl der jeweils zum ersten Bereich zählenden Fluidverbindungen 110, 1 10a und die Anzahl der zu dem zweiten Bereich gehörenden Fluidverbindungen kann je nach Größe des Volumenstroms der Teilvolumenströme und der entsprechenden Zieltemperatur des Fluids der Teilvolumenströme ausgelegt werden. Vorzugsweise ist der erste Bereich vom Einlaß 102 bis zum ersten Auslaß 103 der Teilbereich, der mehrere Fluidverbindungen aufweist als der zweite Teilbereich der Fluidverbindungen 110b. Je nach Zieltemperatur und Volumenstrom kann dies jedoch auch anders gewählt werden.
Die Aufteilung der Volumenströme in die Teilvolumenströme erfolgt unter anderem in den Sammelkammern. Diese sind mittels Wänden voneinander getrennt in den Außenkästen 120, 121 des Wärmetauschers. Der erste Außenkasten 120 ist derart aufgebaut, daß er eine erste Trennwand 130 zwischen den Sammelkammern 104 und 104a aufweist, die eine fluiddichte Trennung zwischen diesen Kammern bewirkt.
Die eine Kammer 104 ist eine Einlaßkammer, die durch die beispielsweise kastenförmige Außenwand des Außenkastens und durch die Wand 130 begrenzt ist. Weiterhin wird die Kammer 104 durch die Wand 130 begrenzt, die einen ersten Wandbereich 130b aufweist, der senkrecht zu den Ebenen der Fluidverbindungen 1 10, 110a, 110b ausgerichtet ist und einen zweiten Wandbereich, der im wesentlichen parallel zu den jeweiligen Ebenen der Fluidverbindungen 110, 110a, 110b ausgerichtet ist.
Der Außenkasten 121 ist in seinem Inneren durch die Trennwand 140 in zwei Bereich 104b, 105 getrennt, wobei die Trennwand 140 im wesentlichen parallel zu den jeweiligen Ebenen der Fluidverbindungen ausgerichtet ist. Bei senkrechter Anordnung des Wärmetauschers ist somit die Trennwand 140 horizontal ausgerichtet, gemäß Figur 2. Im Ausführungsbeispiel der Figur 2 ist der Bereich 104b als Zwischenkammer oder Umlenk- oder Verteilkammer, wobei die Kammer 104 als Einlaßkammer, die Kammer 105 als Auslaßkammer und die Kammer 104a sowohl als Auslaßkammer als auch als Zwischen-, Verteil- oder
Umlenkkammer dient.
Die Außen- oder Seitenkästen 120, 121 können vorzugsweise aus Metall oder Kunststoff hergestellt sein, wobei bei der Kunststoffvariante die Trennwände 130, 140 als einteilig mit dem Kasten hergestellte Teile ausgebildet sein können. Dabei kann der Kasten als ganzes als Spritzgußteil herstellbar sein.
In der Figur 2 sind die Röhren 110, 110a, 110b derart angeordnet, daß zwischen ihnen Freiräume 112 als Luftdurchtritt vorgesehen sind. In zumindest einige dieser Freiräume 112 sind vorzugsweise Rippen 113 angeordnet, um Strömungskanäle für den Luftdurchtritt zu bilden und den Wärmeaustausch zwischen der durchstreichenden Luft und dem Fluid zu verbessern. Dadurch wird die Oberfläche auf der Kühlluftseite möglichst effektiv erhöht. Bei einem anderen Medium als Luft können auch andere
Kanäle vorgesehen sein, statt eines Luftdurchtritts.
Der Wärmetauscher weist das Merkmal auf, daß die beiden beteiligten Medien, zum Beispiel die Kühlluft und das Fluid in dem ersten oberen Bereich der Fluidverbindungen 110, 110a im Kreuzgegenstrom geführt werden. Im unteren Bereich der Fluidverbindungen sind die beiden beteiligten Medien im Kreuzstrom angeordnet.
Rohrböden und Wasserkästen bzw. Fluidkasten bilden Kammern, die auf der Eintrittsseite der Verteilung des Kühlmittelstroms oder Fluidstrom auf die Rohre und auf der Austrittsseite der Zusammenführung des Kühlmittelstroms aus den Rohren dienen. Die Anschlüsse 102, 103, 103a, wie beispielsweise Stutzen an den Kammern ermöglichen den Anschluß des Wärmetauschers an einen jeweiligen Fluidkreislauf bzw. Teilfluidkreislauf, wie beispielsweise Kühlmittelkreislauf.
In Figur 1 ist das Kühlernetz in einer Bauform vorzugsweise aus Flachrohren und Wellrippen dargestellt. Die Rohre können die folgenden Bauformen aufweisen: Rundrohrbauweise, Ovalrohrbauweise oder Paketbauweise
Die vorliegend beschriebene Erfindung bezieht sich auf Fluid/Fluid-Wärme- tauscher mit Kreuz- und/oder Kreuzgegenstromführung, denen ein oder mehrere Fluidströme auf hohem Temperaturnivau zugeführt werden und aus denen zwei oder mehrere, auf verschiedene Temperaturen abgekühlte Fluidströme austreten.
Als Fluid gemäß der vorliegenden Anmeldungsunterlagen können sowohl Flüssigkeiten, Gase oder Flüssigkeits-Gas-Gemische angesehen werden.
In der erfindungsgemäßen Gestaltung besteht der Wärmetauscher vorzugsweise aus einem ersten ein-, zwei- oder mehrreihigen Rohr-Rippen- System mit Verteil- und Sammelkammem, wobei vorzugsweise zumindest ein Teil des Wärmetauschers mindestens eine Umlenkung in der Tiefe mit Kreuzgegenstromführung aufweist. Als Umlenkung in der Tiefe ist eine Umlenkung im wesentlichen in einer Ebene der Rohre zw. Fluidkanäle zu verstehen. Diese Umlenkung von den Fluidverbindungen 110 zu den Fluidverbindungen 110a erfolgt in der Kammer 104b. Ein weiterer Teil des Wärmetauschers kann auch nur einfach oder auch im Gegenstrom durchströmt werden, d.h. ohne oder mit Umlenkung in der Tiefe. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel kann auch eine Umlenkung in der Breite erfolgen, wobei die Umlenkung in der Breite derart definiert ist, daß die Umlenkung im wesentlichen senkrecht zu Ebenen der Fluidkanäle ausgerichtet ist.
Statt der zwei oder mehrreihig angeordneten Fluidverbidungen oder Rohre kann auch eine einreihige Anordnung von Rohren Verwendung finden, wobei diese Rohre dann vorzugsweise in ihrem Kern eine Trennung verschiedener Fluidkanäle aufweisen, die entsprechend die Funktion der in Figur 2 gezeigten Fluidverbindungen übernehmen.
Bei dem Rohr-Rippen-System kann es sich um ein System mit Flach-, Ovaloder Rundrohren handeln oder auch um ein System mit anderen Querschnittsformen. Das System kann mechanisch gefügt oder gelötet sein. Die Rohr-Boden-Verbindung kann durch mechanische Umformung, Löten,
Schweißen oder Kleben hergestellt sein. Das Rohr-Rippen-System und die Verteil- und Sammelkammern können beispielsweise aus den folgenden Werkstoffen zusammengesetzt sein, insbesondere aus Aluminium, Buntmetall, Stahl oder Kunststoff.
In der erfindungsgemäßen Gestaltung wird der Wärmetauscher durch Trennwände in den Sammelkammern in zwei oder mehrere Bereiche unterteilt, wobei beispielsweise ein Bereich den Kühler eines Hauptkühlmittelkreislaufs darstellt und ein oder mehrere weitere Bereiche die Funktion von Niedertemperaturkühlern oder anderen Kühlern haben. Die
Stromführung durch die Bereiche des Wärmetauschers wird durch die Trennwände in den Verteil- und Sammelkammern und durch Stutzen auf den Verteil- und Sammelkammern bestimmt. Jeder so definierte Kühlerbereich kann in sich selbst Umlenkungen in der Breite oder in der Tiefe aufweisen. Diese zusätzlichen Umlenkungen werden durch zusätzliche Trennwände in den Verteil- und Sammelkammern realisiert.
Die Trennwände in den Kästen sind zur Bildung der Kammern gerade, vorzugsweise horizontal oder vertikal angeordnet oder ausgerichtet, bei anderen Ausführungsbeispielen kann es jedoch auch zweckmäßig sein, wenn sie im Schnitt I-förmig, z-förmig, T-förmig und/oder U-förmig oder auch eine andere, zusammengesetzte Form aufweisen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung tritt in einen Wärmetauscher mit zwei oder mehr Rohrreihen 110,110a nur durch einen Anschlußstutzen 102 ein Fluid, wie beispielsweise ein Kühlmittel, ein und zwar in den Bereich, der den Kühler des Haupt-Kühlmittelkreislaufs darstellt. Weiterhin weist der Wärmetauscher Austrittsstutzen 103, 103a auf und zwar je einen für den Bereich des Kühlers des Haupt-Kühlmittelkreislaufs und für jeden
Niedertemperaturkühlerbereich. Dies ist verbunden mit einer Kaskadierung des Fluidstroms , wie beispielsweise des Kühlmittelstroms, d.h. an jedem Austrittsstutzen wird nur ein Teil des aus dem jeweiligen Kühlerbereich austretenden Fluid- bzw. Kühlmittelstroms herausgeführt, der Rest stellt den in den nachfolgenden Kühlerbereich eintretenden Fluid- bzw.
Kühlmittelstrom dar.
Die Niedertemperaturbereiche in einem integrierten Wärmetauscher werden vorzugsweise so angeordnet, daß Bereiche, die von Kühlmittel höherer Temperatur durchströmt werden im Kühlluftstrom hinter oder neben Bereichen liegen, die von Kühlmittel niedrigerer Temperatur durchströmt werden.
Die fluid- bzw. kühlmittelseitigen Eintrittsquerschnitte in den Bereichen sind vorteilhaft gegebenenfalls entsprechend der Kaskadierung des Fluidstroms bzw. des Kühlmittelstroms ebenfalls abgestuft. Dabei ist die Abstufung der Größe der Eintrittsquerschnitte so zu wählen, daß die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels einerseits nicht so stark absinkt, daß die Leistungsfähigkeit des Bereiches beeinträchtigt wird, andererseits nicht so stark ansteigt, daß der Druckverlust übermäßig groß wird. Bevorzugt wird die Abstufung der Größe der Eintrittsquerschnitte so gewählt, daß der Eintrittsquerschnitt des nachfolgenden Bereiches des Wärmetauschers bzw. Kühlerbereiches zwischen 1/5 und 1/2 des Austrittsquerschnitts des vorangegangen Bereiches des Wärmetauschers bzw. Kühlerbereiches beträgt. In weiteren Ausführungsbeispielen kann der Eintrittsquerschnitt auch nur bis zu 1/10 des Austrittsquerschnitts des vorausgegangenen Bereiches betragen oder auch gleich groß sein. Von Vorteil ist es außerdem, wenn die Abstufung der Größe der Eintrittsquerschnitte so gewählt ist, daß die Strömungsgeschwindigkeit des Fluid bzw. des Kühlmittels in allen Bereichen in etwa gleich groß ist. Insbesondere ist es günstig, wenn die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels in einem nachfolgenden Kühlerbereich zwischen dem 0,8-fachen und dem 1 ,2-fachen der Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels im vorangegangen Kühlerbereich beträgt.
In der ersten bevorzugten Gestaltung wird die Stromführung des Kühlmittels durch die Bereiche des Kühlers so gewählt, daß alle Stutzen als einfache, auf der Kühlerrückseite angeordnete Stutzen angeordnet werden können. In einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung könnten zumindest einzelne Stutzen als Einlaß oder Auslaß sowohl an der Kühlerrückseite oder an der Seite oder gegebenenfalls auch an der Kühlervorderseite angeordnet sein. Die Kühlerrückseite ist dabei so definiert, daß sie die Seite ist, die bei im Fahrzeug eingebautem Kühler in Richtung auf den Motorraum zeigt. Die Figur 3 zeigt noch einmal ein Ausführungsbeispiel eines Wärmetauschers 200 gemäß Figur 2 in einer schematischen Darstellung. Das Fluid oder auch das Kühlmittel tritt in den ersten Bereich 202 des Kühlers durch den Einlaß 201 ein. Von dort strömt das Fluid durch die Fluidverbindungen 203 in den Bereich 204. Dieser Bereich 204 ist als Kammer ausgebildet und weist eine Umlenkung in der Tiefe, also im wesentlichen in der Ebene der Fluidverbindungen auf. Das Fluid wird von dem Bereich 204 in die Fluidverbindungen 205 geleitet. Von dort fließt das Fluid in die Kammer 206. Diese Kammer weist zum einen eine Umlenkung in der Breite auf, da das Fluid zu dem unteren Bereich der Kammer geleitet wird und dort teilweise durch den Auslaß 207 abgeführt wird und zum anderen teilweise durch die Fluidleitungen 208 geführt wird. Der Bereich 208 stellt einen Niedertemperaturbereich ohne Umlenkung in der Tiefe dar. Von dort fließt das Fluid in dem Bereich 209 und dann durch den Auslaß 210. Dadurch kann der Austrittsstutzen des ersten Kühlerbereiches dort, wo sich der Eintritt in den Niedertemperaturbereich befindet, auf der Kühlerrückseite an der Kammer angebracht sein. Die Durchströmung ist kaskadiert, d.h. ein Teil des Kühlmittels tritt nach dem ersten Kühlerbereich aus, der andere Teil tritt in den nachfolgenden Niedertemperaturbereich ein.
Die Figur 4 zeigt einen Wärmetauscher in einer schematischen Darstellung, wobei Teile des Wärmetauschers 300 der Figur 4 nicht erneut beschrieben werden, soweit sie bereits in Figur 2 oder 3 dargestellt sind. Der Wärmetauscher 300 weist neben dem Eintrittsstutzen 310 und den Austrittsstutzen 303 und 305 einen weiteren Austrittsstutzen 301 auf. Dadurch entsteht ein weiterer Niedertemperaturbereich des Wärmetauschers. Dieser Niedertemperaturbereich des Wärmetauschers entsteht im Bereich 302, wobei der Bereich 304 einen weiteren Niedertemperaturbereich darstellt. Somit weist der Wärmetauscher drei jeweilige Bereiche 302, 304 und 306 auf, welchen jeweils ein Auslaß 301 , 303, 305 bei nur einem Einlaß 310 zugeordnet ist. Jeder der drei Kühlerbereiche wird einfach durchströmt. Von dem Bereich 302 zu dem Bereich 304 erfolgt eine Umlenkung in der Tiefe, vorzugsweise in der Kammer 311. Die Zwischenwände 312, 313 der Kammern sind bei 312 horizontal angeordnet und bei 313 im Schnitt I-förmig mit einem langen
Schenkel in der Vertikalen und einem kurzen Schenkel in der horizontalen. Bezüglich der Trennwände können jedoch auch andere Varianten in Abhängigkeit von der Gestaltung der Kammern der Seitenkästen vorteilhaft sein.
Die Figur 5 zeigt einen Wärmetauscher 350 in einer schematischen Darstellung, wobei Teile des Wärmetauschers 350 der Figur 5 nicht erneut beschrieben werden, soweit sie bereits in den Figuren 1 bis 4 dargestellt sind. Der Wärmetauscher 350 der Figur 5 weist in dem ersten Seitenkasten 360 eine t-förmige Zwischenwand 351 auf, bestehend aus einer horizontale Wand 351 b und einer vertikalen Wand 351 a, die auf der horizontalen Wand im wesentlichen steht. Durch diese Gestaltung der Zwischenwand 351 wird der Seitenkasten 360 in drei Bereiche 361 , 362 und 363 aufteilt, zwei Bereiche beiderseits der Wand 351 a und eine unterhalb der Wand 351 b.
Der Wärmetauscher 350 weist in dem zweiten Seitenkasten 390 eine im wesentlichen z-förmige Zwischenwand 392 auf, bestehend aus einer horizontalen Wand 392a, einer vertikalen Wand 392b und einer weiteren horizontalen Wand 392c. Durch diese Gestaltung der Zwischenwand 392 wird der Seitenkasten 390 in zwei Bereiche 391 und 393 aufteilt.
Der Bereich 361 steht mit dem Einlaß 370 in Verbindung. Ausgehend von dem Bereich 361 strömt das Fluid durch die Fluidverbindungen des
Bereiches 380. Von dort strömt das Fluid in den Bereich 393, wird dort sowohl in der Tiefe als auch gegebenenfalls in der Breite umgelenkt und strömt von dort zumindest teilweise in den Bereich 381. Ein weiterer Teil strömt durch den Auslaß 395a aus. Der Fluidstrom, der durch den Bereich 381 strömt, wird im Bereich 362 in der Tiefe umgelenkt und strömt dann durch den Bereich 382 zurück in den Bereich 391. Aus dem Bereich 391 strömt ein weiterer Teil des Fluids aus dem Auslaß 395 und ein anderer Teil strömt durch den Bereich 383 nach einer Umlenkung in der Tiefe im Bereich 391. Von dem Bereich 383 strömt das Fluid in den Bereich 363 und von dort durch den Auslaß 395b. Der Wärmetauscher besteht somit aus einen ersten Kühlerbereich und zwei weiteren nachgeschalteten Kühlern, wobei eine Umlenkung in der Tiefe, also in der Ebene der Fluidverbindungen, in dem
Bereich des zweiten Kühlers vorliegt und weiterhin dieser auch eine Umlenkung in der Breite aufweist. Die Bereiche 380, 381 , 382 und 383 der Fluidverbindungen sind derart angeordnet, daß die Bereiche 381 und 382 vorzugsweise in Luftströmungsrichtung vor dem Bereich 230 angeordnet sind und der Bereich 383 unter diesen Bereichen angeordnet sind.
Der Wärmetauscher 400 gemäß Figur 6 stellt eine weitere Ausführungsform dar, wobei dar, die sich von der Variante nach Figur 3 dadurch unterscheidet, daß sich der Niedertemperaturbereich bezüglich des Kühlluftstroms teilweise vor dem ersten Kühlerbereich befindet. Die
Zwischenwand 402 des Seitenkastens 401 ist z-förmig ausgebildet, so daß der Fluidstrom vom Einlaß 403 in den Bereich 404 strömt. Dieser Bereich ist im oberen Bereich über die Breite des Seitenkastens ausgebildet und weist im unteren Bereich eine Einschränkung der Ausdehnung durch die Aufteilung durch die senkrechte Zwischenwand. Die Fluidverbindungen des zentralen Bereichs sind ebenfalls durch eine z-förmige Aufteilung in die Bereiche 410 und 411 aufgeteilt. Das Fluid strömt ausgehend von der Kammer 404 durch den Bereich 410 in den Seitenkasten 430, wird dort zum Teil in der Tiefe und in der Breite umgelenkt und fließt zum Teil durch den Auslaß 431 aus und in den Bereich 411 und von dort in den Bereich der Seitenkammer 405 und von dort durch den Auslaß 432. Ein Teil des Bereiches 411 zweiten Kühlers liegt mit seinen Fluidverbindungen in Richtung des Luftstroms vor einem Teil des Kühlers des ersten Bereiches 410. Die Bereiche 410 und 411 sind im Schnitt I-förmig ausgebildet.
Figur 7 stellt eine Ausführungsvariante eines Wärmetauschers 450 dar, der im Vergleich zu dem Wärmetauscher der Figur 6 eine horizontale Zwischenwand 451 in den einen Seitenkasten und einen weiteren Auslaß 452 im Bereich der Kammer 453 aufweist. Dadurch wird der Fluidstrom vom Bereich 460 sowohl in den Bereich 461 umgelenkt und in den Auslaß 452 geführt. Vom Bereich 461 strömt das Fluid dann in die Kammer des Seitenkastens gemäß Figur 6. Im Bereich des Seitenkastens erfolgt ausgehend von dem Bereich 461 eine Umlenkung in der Breite. Somit ist der Niedertemperaturbereich des Wärmetauschers der Figur 6 durch eine zusätzliche Trennwand und einen zusätzlichen Stutzen in zwei Niedertemperaturbereiche aufgeteilt ist. Der Bereich 460 ist im Schnitt I- förmig.
Die Figur 8 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Wärmetauschers 500, wobei die Seitenkästen im Vergleich zur Figur 7 bezüglich der
Anordnung und Form der Zwischenwände vertauscht sind, das heißt, daß im ersten Seitenkasten 501 eine Zwischenwand 502 in horizontaler Ausrichtung angeordnet ist und den Seitenkasten 501 in zwei Bereiche, wie Kammern, 503 und 504 aufgeteilt ist, die im wesentlichen untereinander angeordnet sind. Im zweiten Seitenkasten 520 ist eine z-förmige Zwischenwand 521 angeordnet und teilt den Seitenkasten 520 in zwei Bereiche 530 und 531 , die im Schnitt im wesentlichen I-förmig sind.
Der Bereich 503 ist als obere Kammer mit dem Einlaß 505 verbunden. Von dort strömt das Fluid durch den Fluidverbindungsbereich 510, der als im Schnitt quaderförmige Anordnung von Fluidverbindungen ausgebildet ist. Von dort strömt das Fluid in einer Umlenkung in der Breite und in der Tiefe in den Bereich 511 , der als im Schnitt quaderförmige Anordnung von Fluidverbindungen ausgebildet ist. Auch fließt das Fluid aus dem Bereich 530 durch den Auslaß 533. Auch strömt das Fluid durch den Bereich 511 und von dort in den Bereich der Kammer 504, wo eine Umlenkung in der Tiefe und ggf. in der Breite erfolgt, wobei ein Teil des Fluids in der Kammer 504 durch den Auslaß 534 ausströmt und durch den Bereich 512 weiter strömt, der als im Schnitt I-förmige Anordnung von Fluidverbindungen ausgebildet ist. Von dort strömt das Fluid in die Kammer 531 und von dort durch den Auslaß 535. Der Wärmetauscher der Figur 8 stellt eine Ausführungsvariante dar, die sich von dem Wärmetauscher nach Figur 6 dadurch Unterscheidet, daß durch eine Veränderung der Trennwände und einen zusätzlichen Stutzen ein weiterer Niedertemperaturbereich vom ersten Kühlerbereich abgeteilt wird.
Die Figur 9 stellt eine Ausführungsvariante dar, die sich von dem Wärmetauscher der Figur 8 dadurch unterscheidet, daß der zweite Niedertemperaturbereich durch eine zusätzliche horizontale Trennwand 550 und einen zusätzlichen Stutzen 551 in zwei Niedertemperaturbereiche aufgeteilt ist.
Die Wärmetauscher der Figuren 2 bis 8 weisen eine kaskadierte Durchströmung und wenigstens für einen Teilstrom eine Umlenkung in der Tiefe auf.
Die Figur 10 zeigt einen Schnitt eines Wärmetauschers in vertikaler Richtung, beispielsweise vertikal zu einer Ebene der Fluidverbindungen. Das Rohr-Rippen-System 600 der Fluidverbindungen ist dabei im zentralen Bereich zumindest zweireihig mit den Fluidverbindungsbereichen 601 und 602 ausgebildet. Dies ist zweckmäßig für die Anordnung der einzelnen Bereiche der Kühler, wobei zumindest eine teilweise Umlenkung in der Tiefe vorgesehen ist.
Die Umlenkung kann beispielsweise in den Seitenkästen erfolgen, die hier nicht dargestellt sind. Die Umlenkung in der Tiefe ist vorzugsweise im Kreuzgegenstrom ausgeführt. Der integrierte Wärmetauscher ist in vier Bereiche 601 , 602, 603 und 604 unterteilt, wobei jeder Teilbereich eine oder mehrere Rohrreihen aufweisen kann. Jeder Teilbereich kann einfach durchströmt sein oder eine Umlenkung in der Breite oder in der Tiefe aufweisen. Bei einigen Ausführungsbeispielen könnte der Teilbereich 603 entfallen. Es ist auch möglich, die Teilbereiche 603 und 601 sowie die Teilbereiche 602 und 604 zu jeweils einem Bereich zusammenzufassen. Die Abmessungen a, b und c quer zur Durchströmungsrichtung des integrierten Wärmetauschers können in bestimmten Grenzen variiert werden. Dabei entspricht die Summe a+b+c der Gesamtabmessung des Wärmetauschers. Ein mögliches Maß der Abmessungen a, b und c könnte beispielsweise durch den Innendurchmesser des bzw. der zugeordneten Stutzen gegeben sein. Bei Wegfall des Teilbereiches 603 ist a=0. Der Teilbereich 604 ist zweckmäßiger Weise vorhanden und gegebenenfalls ohne Umlenkung in der Tiefe.
In einer weiteren bevorzugten Gestaltung eines Wärmetauschers wird die Stromführung des Kühlmittels durch die Bereiche des Kühlers so gewählt, daß der Großteil der Stutzen als einfache, auf der Kühlerrückseite angeordnete Stutzen angeordnet werden können, während andere Stutzen anders angeordnet sind und z.B. seitlich oder an der Vorderseite aus den Verteil- und Sammelkammern herausgeführt werden. Verschiedene Varianten dieser Gestaltungsform sind in den Figuren 11 bis 14 dargestellt. Der Wärmetauscher 700 des Ausführungsbeispiels der Figur 11 stellt im wesentlichen eine Variante dar, die sich von dem Wärmetauscher nach Figur 8 dadurch unterscheidet, daß beide Niedertemperaturbereiche 701 und 702 gleich groß sind und sich dadurch der zweite Niedertemperaturbereich nicht nur teilweise, sondern ganz vor dem ersten Niedertemperaturbereich befindet. Weiterhin ist die Wandung 703 I-förmig ausgebildet und teilt den Seitenkasten in zwei Kammern oder Bereiche 704 und 705, wobei der Bereich 705 zumindest teilweise in Luftströmungsrichtung vor dem Bereich 704 liegt. Mit dem Bereich 705 ist ein Auslaß 710 verbunden, der nach der Seite oder nach vorne gerichtet sein kann.
Der Wärmetauscher 750 des Ausführungsbeispiels der Figur 12 stellt im wesentlichen eine weitere Variante dar, die sich von dem Wärmetauscher nach Figur 11 dadurch unterscheidet, daß der Hauptbereich 751 größer ist als der Hauptbereich 711 und der eine Niedertemperaturbereich 752 kleiner ist als der Niedertemperaturbereich 701. Dies wird dadurch erreicht, daß die Fluidverbindungen entsprechend verschaltet sind und die Wandung 753 im Schnitt z-förmig ausgebildet ist. Der Hauptbereich 751 liegt somit teilweise, in Luftströmungsrichtung betrachtet, neben bzw. hinter dem Bereich 754 und oberhalb des Bereiches 752. Die beiden Niedertemperaturbereiche 752 und 754 sind unterschiedlich groß und der zweite Niedertemperaturbereich 754 befindet sich teilweise vor dem Hauptbereich 751 und vor dem Niedertemperaturbereich 752.
Der Wärmetauscher 800 des Ausführungsbeispiels der Figur 13 stellt im wesentlichen eine weitere Variante dar, die sich von dem Wärmetauscher nach Figur 12 dadurch unterscheidet, daß der eine Niedertemperaturbereich 801 größer ist als der Niedertemperaturbereich 752 und der Niedertemperaturbereich 802 kleiner ist als der Niedertemperaturbereich 754. Dies wird dadurch erreicht, daß die Fluidverbindungen entsprechend verschaltet sind und die Wandung 810 c-förmig ausgebildet ist und im wesentlichen aus zwei horizontalen Wänden mit einer vertikalen Wand ausgebildet ist. Der Hauptbereich 804 liegt somit teilweise in Luftströmungsrichtung betrachtet hinter dem Bereich 802 und oberhalb der
Bereiche 802 und 801. Der Niedertemperaturbereich 802 liegt oberhalb des Bereiches 801. Der Bereich 802 ist somit zwischen dem Bereich 801 und 804 angeordnet, wobei der Bereich 801 zum Teil direkt dem Bereich 804 benachbart ist. Die beiden Niedertemperaturbereiche 801 und 802 sind unterschiedlich groß. Der Wärmetauscher 800 der Figur 13 stellt eine
Variante des Wärmetauschers der Figur 7 dar, die sich dadurch unterscheidet, daß die Reihenfolge der Durchströmung der beiden Niedertemperaturbereiche 801 , 802 vertauscht ist. Das bedeutet, daß ausgehend von dem Eiπlaßstutzen 811 erst der Bereich 804 durchströmt wird, dann der Bereich 801 und anschließend der Bereich 802, wobei in den Kammern 812 und 813 eine entsprechende Umlenkung des Fluidstroms erfolgt
Der Wärmetauscher 850 des Ausführungsbeispiels der Figur 14 stellt im wesentlichen eine weitere Variante dar, die sich von dem Wärmetauscher nach Figur 12 dadurch unterscheidet, daß der eine Niedertemperaturbereich 754 durch eine weitere Aufteilung in zwei Niedertemperaturbereiche 851 , 852 aufgeteilt ist, so daß insgesamt drei Niedertemperaturbereiche 851 , 852, 853 vorhanden sind. Dies wird dadurch erreicht, daß die Fluidverbindungen entsprechend verschaltet sind und die Wandung 860 h- förmig ausgebildet ist und im wesentlichen aus zwei horizontalen Wänden mit einer vertikalen Wand ausgebildet ist, wobei die untere horizontale Wand sich über die Breite des Seitenkastens erstreckt und die obere horizontale Wand sich nur über einen Teilbereich der Breite des Seitenkastens sich erstreckt. Der Hauptbereich 854 liegt somit teilweise in Luftströmungsrichtung betrachtet hinter dem Bereich 851 und oberhalb der Bereiche 852 und 853. Der Niedertemperaturbereich 851 liegt oberhalb des Bereiches 852. Der Bereich 853 ist in Luftströmungsrichtung vor dem Bereich 852 angeordnet.
Die Darstellung der Figur 15 zeigt einen Schnitt durch einen Wärmetauscher 880 in vertikaler Richtung. Das Rohr-Rippen-System ist zumindest teilweise mindestens zweireihig, wobei eine zumindest teilweise Umlenkung in der Tiefe vorgesehen ist. Die Umlenkung in der Tiefe kann dabei im Kreuzgegenstrom ausgeführt sein.
Der integrierte Wärmetauscher ist in Bereiche 881 , 882, 883, 884 und 885 von Fluidverbindungen unterteilt, wobei jeder Teilbereich eine oder mehrere Rohrreihen aufweisen kann. Jeder Teilbereich kann einfach durchströmt sein oder eine Umlenkung in der Breite und/oder in der Tiefe aufweisen.
Optional könnte beispielsweise der Teilbereich 884 und/oder 885 entfallen. Es ist auch möglich, die Teilbereiche 881 und 882 sowie die Teilbereiche 883 und 885 zu jeweils einem Bereich zusammenzufassen. Die Abmessungen a, b und c quer zur Durchströmungsrichtung 890 des integrierten Wärmetauschers können gemäß der Erfindung variiert werden. Dabei ist die Summe a+b+c vorteilhaft die Gesamtabmessung des Wärmetauschers. Ein Minimum jeder der Abmessungen a, b und c ist gegebenenfalls durch einen Innendurchmesser des bzw. der zugeordneten Stutzen gegeben. Bei Wegfall des Teilbereiches 884 und 885 ist c=0. Der Teilbereich 881 ist vorzugsweise vorhanden und gegebenenfalls ohne/mit Umlenkung in der Tiefe.
Die Figur 16 zeigt einen Wärmetauscher 900, der durch einen zentralen
Bereich 901 mit einem Rohr-Rippen-System ausgestattet ist, der in unterschiedliche Bereiche aufgeteilt ist. Weiterhin verfügt der Wärmetauscher über seitlich angeordnete Seitenkästen 902 und 903, wobei die Seitenkästen durch die Anordnung von Zwischenwänden in einzelne Kammern unterteilt ist. Einige der Kammern sind dabei mit zumindest einem Einlaß und/oder zumindest einem Auslaß verbunden.
Der Zentrale Bereich 901 ist in fünf getrennte Bereiche von Fluidverbindungen unterteilt, wobei die Bereiche jeweils für sich betrachtet parallel geschaltete Fluidverbindungen aufweise, die innerhalb der Bereiche nicht mit Fluidverbidungen der anderen Bereiche verbunden sind. In Luftströmungsrichtung betrachtet sind am oberen Ende des
Wärmetauschers 900 zwei Bereiche 910, 911 angeordnet, wobei der Bereich 910 in Luftströmungsrichtung vor dem Bereich 911 angeordnet ist. Die beiden Bereiche teilen sich bei im wesentlichen gleicher Ausdehnung in der Breite die Bautiefe des Wärmetauschers. Diesbezüglich können auch unterschiedliche Ausdehnungen in der Tiefe vorliegen und gegebenenfalls auch in der Breite. Unterhalb dieser beiden Bereiche ist ein dritter Bereich 912 angeordnet, der sich über die gesamte Tiefe des Wärmetauschers erstreckt. Unterhalb dieses Bereiches sind in Luftströmungsrichtung betrachtet, am unteren Ende des Wärmetauschers 900 zwei weitere Bereiche 913, 914 angeordnet, wobei der Bereich 913 in
Luftströmungsrichtung vor dem Bereich 914 angeordnet ist. Die beiden Bereiche teilen sich bei im wesentlichen gleicher Ausdehnung in der Breite die Bautiefe des Wärmetauschers. Diesbezüglich können auch unterschiedliche Ausdehnungen in der Tiefe vorliegen und gegebenenfalls auch in der Breite.
Das Fluid strömt durch den Eingang oder Einlaß 920 durch den Stutzen in die Kammer 921 , die in dem Seitenkasten durch die Wandung 922 und die Wandung des Seitenkastens gebildet ist. Anschließend strömt das Fluid durch den Bereich 911 und wird zumindest teilweise in der Kammer 930 in der Tiefe umgelenkt. Die Kammer 930 ist gebildet durch die Wandung des Seitenkastens 903 und die Zwischenwand 931. Weiterhin strömt ein Teil des Fluids durch den Auslaß 940 aus. Das Fluid, das in der Kammer 930 umgelenkt wird strömt anschließend durch den Bereich 910 zurück und gelangt in die Kammer 923, die gebildet wird durch die Wand 922 und die horizontale Wand 924 in dem Seitenkasten 902. In dem Bereich der Kammer 923 wird das Fluid zum Teil in der Breite umgelenkt, so daß es in den Bereich 912 einströmt und ein anderer Teil des Fluids tritt am Austritt 940 aus.
Das Fluid, das durch den Bereich 912 strömt gelangt von dort in die Kammer 932, wird dort zum Teil wieder umgelenkt und strömt zum Teil in den Bereich 914. Ein andere Teil kann durch den Auslaß 941 ausströmen. Das Fluid, das durch den Bereich 914 strömt, gelangt in die Kammer 925, die durch die Wandung des Seitenkastens und die horizontale Zwischenwand gebildet wird. In dieser Kammer wird das Fluid zum Teil in der Tiefe umgelenkt und zum Teil strömt das Fluid durch den Auslaß 942. Das umgelenkte Fluid strömt dann durch den Bereich 913 und gelangt von dort in die Kammer 933, von wo es durch den Auslaß 943 ausströmt. Der Wärmetauscher weist somit einen Einlaß auf und vier Auslässe. Insgesamt ergibt sich daraus ein integrierter Wärmetauscher, bei dem ein Großteil der Stutzen auf der Kühlerrückseite angeordnet werden könnte, während andere Stutzen anders angeordnet sind bzw. sein können und z.B. seitlich oder von vorne aus den Verteil- und Sammelkammern herausgeführt werden. In dieser Gestaltungsform ist eine Mehrzahl von Teilbereichen darstellbar, die jeweils eine oder mehrere Rohrreihen aufweisen können. Jeder Teilbereich kann einfach durchströmt sein oder eine Umlenkung in der Breite und/oder in der Tiefe aufweisen. In einer weiteren bevorzugten Gestaltung weist der Wärmetauscher mehr als einen Eintritt auf. Anstelle einer "kaskadierten" Durchströmung aller Kühlerbereiche, die aus einem einzigen Eintrittsstutzen mit Kühlmittel versorgt wird tritt damit die voneinander unabhängige Kühlmittelversorgung von einzelnen Teilbereichen oder Gruppen von Teilbereichen. Darstellbar ist diese Gestaltungsform aus allen vorgehend beschriebenen Gestaltungsformen und Varianten durch zusätzliche Trennwände und Stutzen.
Die . Figur 17 zeigt eine weitere schematische Darstellung eines
Wärmetauschers 1000, bei dem zwei Einlasse vorgesehen sind und weiterhin drei Auslässe. Die Figur 17 zeigt einen Wärmetauscher 10Ö0, der durch einen zentralen Bereich 1001 mit einem Rohr-Rippen-System ausgestattet ist, der in unterschiedliche Bereiche aufgeteilt ist. Weiterhin verfügt der Wärmetauscher über seitlich angeordnete Seitenkästen 1002 und 1003, wobei die Seitenkästen durch die Anordnung von Zwischenwänden in einzelne Kammern unterteilt ist. Einige der Kammern sind dabei mit zumindest einem Einlaß und/oder zumindest einem Auslaß verbunden.
Der Zentrale Bereich 1001 ist in drei getrennte Bereiche von Fluidverbindungen unterteilt, wobei die Bereiche jeweils für sich betrachtet parallel geschaltete Fluidverbindungen aufweisen, die innerhalb der Bereiche nicht mit Fluidverbidungen der anderen Bereiche verbunden sind. In Luftströmungsrichtung 1099 betrachtet sind am oberen Ende des
Wärmetauschers 1000 zwei Bereiche 1010, 1011 angeordnet, wobei der Bereich 1010 in Luftströmungsrichtung vor dem Bereich 1011 angeordnet ist. Die beiden Bereiche teilen sich bei im wesentlichen gleicher Ausdehnung in der Breite, die Bautiefe des Wärmetauschers. Diesbezüglich können auch unterschiedliche Ausdehnungen in der Tiefe vorliegen und gegebenenfalls auch in der Breite. Unterhalb dieser beiden Bereiche ist ein dritter Bereich 1012 angeordnet, der sich über die gesamte Tiefe des Wärmetauschers erstreckt.
Das Fluid strömt durch den Eingang oder Einlaß 1020 durch den Stutzen in die Kammer 1021 , die in dem Seitenkasten durch die Wandung 1022 und die Wandung des Seitenkastens gebildet ist. Anschließend strömt das Fluid durch den Bereich 1010 und wird zumindest teilweise in der Kammer 1030 in der Tiefe umgelenkt. Die Kammer 1030 ist gebildet durch die Wandung des Seitenkastens 1003 und die Zwischenwand 1031. Weiterhin strömt ein Teil des Fluids durch den Auslaß 1040 aus. Durch einen weiteren Einlaß 1041 strömt weiteres Fluid in die Kammer 1030 ein. Das Fluid, das in der Kammer 1030 umgelenkt wird bzw. das in die Kammer durch den weiteren Einlaß einströmt, strömt anschließend durch den Bereich 1011 zurück und gelangt in die Kammer 1023, die gebildet wird durch die Wand 1022 und die
Wandung des Seitenkastens 1002. In dem Bereich der Kammer 1023 wird das Fluid zum Teil in der Breite umgelenkt, so daß es in den Bereich 1012 einströmt und ein anderer Teil des Fluids tritt am Austritt 1042 aus.
Das Fluid, das durch den Bereich 1012 strömt gelangt von dort in die
Kammer 1032 und strömt von dort durch den Auslaß 941 aus. Der Wärmetauscher weist somit zwei Einlasse auf und drei Auslässe.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung gemäß Figur 18 weist der Wärmetauscher 1100 beispielsweise ein einreihiges Rohr-Rippen- System 1 101 und zwei Seitenkästen 1102 und 1103 auf. Diesem Wärmetauscher ist ein weiterer Wärmetauscher 1199 im Kühlluftstrom 1198 vorgelagert. Auch kann der Wärmetauscher aus nur einer Rohrreihe oder aus mehreren Rohrreihen, für die keine Umlenkung in der Tiefe vorgesehen ist ausgebildet sein. In diesem Fall können jedoch Umlenkungen in der Breite vorgesehen sein oder es liegen die Teilbereiche eines integrierten Wärmetauschers nebeneinander.
Die vorstehend beschriebenen Gestaltungsprinzipien können auch in diesem Fall angewendet werden, wenn dem integrierten Wärmetauscher mindestens ein weiterer Wärmetauscher im Kühlluftstrom vorgelagert ist und diese beispielsweise zu einem Modul verbunden sind. Dieser bzw. diese vorgelagerten Wärmetauscher sind vorteilhaft zu den einzelnen Bereichen des . integrierten Wärmetauschers positioniert, daß Stromführung und
Temperaturniveau in den vorgelagerten Wärmetauschern in etwa der Situation in der „vorderen Hälfte" eines integrierten Wärmübertragers nach den Gestaltungsprinzipien der oben beschriebenen Figuren entspricht.
Erfindungsgemäß kann es zweckmäßig sein, wenn bei Wärmetauschern die.
Stutzen für Einlaß und/oder Auslaß nicht nur auf der Kühlerrückseite oder seitlich herausgeführt werden, sondern gegebenenfalls auch oben und unten oder auf der Kühlervorderseite, in Luftstromrichtung betrachtet. Die Stutzen können dabei aufgesetzt sein, als Winkelstutzen oder durchgeführte Stutzen ausgebildet sein.
Die Gestaltungsmerkmale der Wärmetauscher sind nicht nur auf die beschriebenen Querstromkühler, sondern auch auf Fallstrom- oder Steigstromkühler anwendbar
Die Gestaltungsmerkmale sind auch umkehrbar im Hinblick auf rechts/links, oben/unten.
Die Integration mehrerer Wärmetauscher in eine Baueinheit spart insbesondere Bauraum für das Kühlmodul. Während einzelne Wärmetauscher im Kühlmodul Mindestabstände zueinander aufweisen müssten schließen sich die Wärmetauscherbereiche in einer Baueinheit direkt aneinander an. Auch können bestimmte teile eine Doppelfunktion übernehmen, da sie als Zwischenelemente Funktionen für mehrere Wärmetauscherbereiche übernehmen können.
Eine Umlenkung in der Tiefe und/oder die Anordnung von Kühlerbereichen mit niedrigem Temperaturniveau im Kühlluftstrom vor Kühlerbereichen mit hohem Temperaturniveau verbessert vorteilhaft die Effektivität des Wärmetauschers.
Die Kaskadierung des Kühlmittelstroms über mehrere Kühlerbereiche reduziert zweckmäßiger Weise die Anzahl der erforderlichen Stutzen und damit die Anzahl der Schnittstellen. Damit reduziert sich auch die Anzahl der erforderlichen Schläuche, Schlauchverbindungen und des Kühlmittelinhalts.
Die Abstufung der Eintrittsquerschnitte der Kühlerbereiche erlaubt vorteilhaft die Aufrechterhaltung günstiger Verhältnisse für Wärmeübertragung und Druckabfall über alle Kühlerbereiche.
Es sind vorteilhaft große Niedertemperaturbereiche möglich, die mehrere Niedertemperaturkühler umfassen können.
Die kaskadiert durchströmten Niedertemperaturbereiche können jeweils Kühlleistung für das ihnen zugeordnete Aggregat liefern und zusätzlich für weitere Aggregate. Kaskadiert bedeutet dabei, daß von einem Fluidstrom in Stufen oder Schritten jeweils teile abgezweigt werden und der verbleibende Rest des Fluids weiter durch den Wärmetauscher strömt. Die weiter durch den Wärmetauscher strömende Fluidmenge wird dabei zusätzlich abgekühlt, so daß an verschiedenen Auslässen des Wärmetauschers Fluidmengen bzw. Massenströme mit unterschiedlicher Temperatur zur Verfügung stehen. Die jeweiligen Mengen des Fluids bei gegebener Temperatur kann durch Auslegung der jeweiligen Bereiche des Wärmetauschers gezielt gesteuert werden.
Vorzugsweise sind die Bereiche des Wärmetauschers, die Fluid mit geringerer Temperatur generieren vorzugsweise im Kühlluftstrom oder in einem anderen abkühlenden Massenstrom betrachtet vor bzw. neben anderen Bereichen angeordnet.
Die Figur 19 zeigt einen Kühlkreislauf in schematischer Darstellung mit einem Wärmetauscher 1201 , einen Kondensator 1202, und Aggregaten, wie beispielsweise einem Antriebsmotor 1203, einem Startergenerator 1204, einem Getriebe mit Getriebeölkühler 1206, einem Kühler für eine Elektronik 1207 des Fahrzeuges, einem Ladeluft-Kühlmittelkühler 1208, einer Pumpe
1209 und einem Bypass-Thermostatventil 1210 und einer Vielzahl von Leitungen.
Der Kondensator 1202 kann als eigenes Bauteil angeordnet sein oder als Baueinheit mit dem Wärmetauscher ausgebildet sein oder mit dem
Wärmetauscher 1201 integriert sein.
Die schematische Abbildung zeigt beispielhaft einen Wärmetauscher 1201 gemäß einer Darstellung der Figur 17. Der Wärmetauscher 1201 weist einen Einlaß 1220 auf, durch welchen ein Fluid aus Leitung 1221 , wie Kühlmittel, in den Wärmetauscher strömt. Dann durchströmt das Fluid die Fluidverbindungen, beispielsweise eines Rohr-Rippen-Systems und strömt zum Teil an den jeweiligen Auslässen 1222, 1223, 1224 wieder aus. Die Temperaturen des jeweiligen Kühlmittelstroms an den jeweiligen Auslässen sind unterschiedlich und können je nach Auslegung zwischen ca. 10 Grad Celsius und 40 Grad Celsius oder mehr differieren. Im vorliegenden Beispiel ist die Temperatur am Einlass ca. 115 Grad, am Auslass 1222 ca. 110 Grad, am Auslass 1224 ca. 80 Grad und am Auslass 1223 ca. 60 Grad. Diese Werte hängen jedoch von der jeweiligen Gestaltung des Wärmetauschers und des Kreislaufs ab.
Das Fluid mit der höchsten Temperatur strömt vom Auslass 1222 zum Kühlmitteleinlass des Motors 1203 über die Pumpe 1209. Dort wird es erwärmt und das erwärmte Fluid strömt vom Kühlmittelauslass des Motors 1203 durch die Leitung 1221 zum Wärmetauschereinlass 1220. Zwischen der Leitung 1230 und der Leitung 1221 ist ein Bypass-Thermostatventil angeordnet, welches entsprechend vorgegebener Kennwerte die Bypass- verbindung zumindest teilweise öffnet oder schließt, so daß der Motor beispielsweise in einer Kaltstartsituation schneller aufwärmen kann, wenn das Fluid nicht oder nicht vollständig durch den Kühler läuft.
Mit dem Auslass 1224 ist eine weitere Leitung 1231 verbunden, die mit einem Ölkühler verbunden ist, in welchem ein Wärmetausch zwischen dem Fluid und dem Getriebeöl stattfindet. Das im Ölkühler 1206 erwärmte Fluid strömt durch die Leitung 1232 und gelangt in die Leitung 1230.
Mit dem Auslass 1223 ist eine weitere Leitung 1233 verbunden, die mit einem Kühler 1207 für Elektronik und damit in Reihe mit einem Ladeluftkühlmittelkühler 1208 verbunden ist. Das derart erwärmte Fluid strömt durch die Leitung 1234 und gelangt in die Leitung 1230 und nach Durchströmung des Motors wieder in den Wärmetauscher 1201.
Besonders vorteilhaft ist, daß in dieser Anordnung eines Hauptkühlkreislaufes und von Nebenkühlkreisläufen nur eine Pumpe 1209 verwendet wird. Dies wird dadurch erreicht, daß die Rückläufe der Nebenkreisläufe in dem Hauptkreislauf vor der Pumpe münden, also mit der Saugseite der Pumpe oder der Niederdruckseite der Pumpe verbunden sind. Die Nebenkühlkreisläufe sind parallel zum Bypassventil 1210 geführt.
Diese Pumpe kann eine von einem Elektromotor angetriebene Pumpe oder eine vom Antriebsmotor 1203 angetriebene Pumpe sein, wobei die vom Elektromotor angetriebene Pumpe vorzugsweise entsprechend den Kühlungsanforderungen betrieben werden kann, das heißt auch im elektrisch oder elektronisch geregelten Betrieb.
Die Anordnung einer Pumpe zur Versorgung eines Hauptkühlkreislaufes und zumindest eines Nebenkreislaufes kann vorteilhaft vorgesehen sein, da der zumindest eine Nebenkreislauf parallel zu dem Bypass-Ventil 1210 geführt wird.

Claims

Patentansprüche
1. Wärmetauscher, insbesondere für Kraftfahrzeugkühlanlagen, mit zumindest einem Fluideinlass und zumindest zwei Fluidauslässen, mit einer Anordnung von Fluidverbindungen zwischen Eingangs-, Sammel- Umlenk- und/oder Auslasskammern, wobei die Fluidverbindungen in verschiedene Bereiche unterteilt sind und zwischen zumindest einem
Einlass und einem ersten Auslass ein erster Bereich von Fluidverbindungen angeordnet ist und zwischen dem ersten Auslass und einem zweiten Auslass ein weiterer Bereich von Fluidverbindungen angeordnet ist.
2. Wärmetauscher, nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß ein weiterer dritter Auslass angeordnet ist und zwischen dem zweiten Auslass und dem dritten Auslass ein weiterer Bereich von Fluidverbindungen vorgesehen ist.
3. Wärmetauscher, nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiterer n-ter Auslass angeordnet ist und zwischen dem n-1 -ten Auslass und dem n-ten Auslass ein weiterer Bereich von Fluidverbindungen vorgesehen ist, wobei n vorzugsweise 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 oder größer als 10 ist.
4. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß einzelne Bereiche von Fluidverbindungen durch Eingangs-, Sammel- Umlenk- und/oder Auslasskammern mit anderen Bereichen von Fluidverbindungen und/oder mit einem Einlass und/oder einem Auslass verbunden sind.
5. Wärmetauscher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangs-, Sammel- Umlenk- und/oder Auslasskammern vorzugsweise in seitlich den Fluidverbindungen angeordneten Seitenkästen angeordnet sind, wobei die Seitenkästen durch Trennwände in verschiedene
Kammern unterteilbar sind.
6. Wärmetauscher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwände als vertikale, horizontale oder I-förmige, z-förmige. c- förmige, t-förmige oder daraus zusammengesetzt geformte Wände ausgebildet sind.
7. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen zumindest einem ersten Bereich von Fluidverbindungen und einem zweiten Bereich von Fluidverbindungen eine Umlenkung in der Tiefe, also in einer Ebene der Fluidverbindungen, vorliegt.
8. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen zumindest einem ersten Bereich von Fluidverbindungen und einem zweiten Bereich von Fluidverbindungen eine Umlenkung in der Breite, also in einer Ebene senkrecht zu einer Ebene der Fluidverbindungen, vorliegt.
9. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen zumindest einem ersten Bereich von Fluidverbindungen und einem zweiten Bereich von Fluidverbindungen eine Umlenkung in der Tiefe und in der Breite, also in einer Ebene der Fluidverbindungen und in einer Ebene senkrecht zu einer Ebene der Fluidverbindungen, vorliegt.
10. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Bereiche von Fluidverbindungen ohne Auslass zwischen ihnen, im Gegenstrom geführt werden.
11. Wärmetauscher nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Fluidverbindungen Kanäle für ein weiteres Medium oder Fluid vorgesehen sind.
12. Wärmetauscher nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, daß diese Kanäle gebildet werden durch Rippen zwischen den Fluidverbindungen.
13. Wärmetauscher nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, daß das
Medium Luft ist.
14. Wärmetauscher nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, daß das Medium ein fluides oder flüssiges Medium ist.
15. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Fluidverbindungen Rohre sind, wie vorzugsweise Flachrohre oder Rundrohre oder Ovalrohre.
16. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre eine Mehrzahl von Fluidkanälen aufweisen, die über die Länge der Rohre miteinander nicht kommunizieren.
17. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fluidverbindungen oder Rohre eine Mehrzahl von Fluidkanälen aufweisen, die über die Länge der Rohre miteinander kommunizieren.
18. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fluidverbindungen oder Rohre einreihig oder mehrreihig nebeneinander pro Ebene der Fluidverbindungen angeordnet sind.
19. Fluidkreislauf mit zumindest einem Wärmetauscher mit zumindest einem Einlass und zumindest zwei Auslässen, mit zumindest zwei Aggregaten, die mit dem Wärmetauscher mittels Fluidleitungen versorgbar sind und einen Fluideiniass und einen Fluidauslass aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen einem Auslass des zumindest einen
Wärmetauschers und einem Einlass zumindest eines Aggregates eine Pumpe mit Einlass und Auslass angeordnet ist und zumindest ein Auslass eines weiteren Aggregats mit der Einlassseite der Pumpe verbindbar ist.
20. Fluidkreislauf nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß das weitere Aggregat mit seinem Einlass mit einem Auslass des Wärmetauschers in Verbindung steht.
21. Fluidkreislauf nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von weiteren Aggregaten seriell verbunden und von einem Fluid durchströmt werden.
22. Fluidkreislauf nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von weiteren Aggregaten parallel verbunden und von einem Fluid durchströmt werden.
23. Fluidkreislauf nach einem der Ansprüche 19 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlass eines weiteren Aggregats mit einem Auslass des Wärmetauschers in Verbindung steht.
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