EP1484568A2 - Heat exchange apparatus - Google Patents
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- EP1484568A2 EP1484568A2 EP04102152A EP04102152A EP1484568A2 EP 1484568 A2 EP1484568 A2 EP 1484568A2 EP 04102152 A EP04102152 A EP 04102152A EP 04102152 A EP04102152 A EP 04102152A EP 1484568 A2 EP1484568 A2 EP 1484568A2
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- EP
- European Patent Office
- Prior art keywords
- hollow body
- opening
- medium
- inlet
- outlet
- Prior art date
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- Withdrawn
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D11/00—Heat-exchange apparatus employing moving conduits
- F28D11/02—Heat-exchange apparatus employing moving conduits the movement being rotary, e.g. performed by a drum or roller
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
- F01P2060/00—Cooling circuits using auxiliaries
- F01P2060/04—Lubricant cooler
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
- F01P2070/00—Details
- F01P2070/30—Rotating radiators
Definitions
- the invention relates to a device for heat exchange between a first fluid medium, preferably a liquid such as B. water, coolant or oil, and a second fluid medium, preferably a gas such as B. ambient air.
- the device contains one Hollow body through which one of the two media flows and its Outside the other of the two media is exposed.
- Such heat exchange devices are, for example, as Radiator used in vehicles.
- DE-A-101 39 315 describes for example one arranged in an engine cooling circuit Heat exchanger.
- Cooling liquid to be cooled through the pipe system fixed, thin-walled cooler promoted.
- the cooler is often flat and cuboid and contains Through openings through the means of a fan Ambient air is promoted.
- the cooler separates the two Media air and coolant.
- good Thermal conductivity of the cooler and a large surface of the Cooler advantageous.
- the disadvantage of these heat exchangers is the need for one large surface area in contact with the ambient air standing heat exchanger side. This surface is significant larger than the surface that is in with the liquid Touch. Because of the large surfaces required there is a high space requirement for the heat exchanger. It is also a significant amount of energy is required to power the two Media, especially the ambient air, through the heat exchanger to promote. The risk of contamination is particularly in the agricultural field significantly. There is a big one Construction effort caused by the need for a Pump, a fan and a cooler.
- the object underlying the invention is seen in a heat exchanger device of the type mentioned above to train that the problems mentioned are overcome.
- the device for heat exchange comparatively small dimensions with high power density exhibit. You should comparatively little operational energy require few inexpensive components and the risk reduce pollution.
- the inventive device for heat exchange between a first fluid medium, preferably one Liquid such as B. water, coolant or oil, and one second fluid medium, preferably a gas such as. B. ambient air, contains a hollow body through which Inside one of the two media flows and the outside is exposed to the other of the two media. Even if the Media are freely selectable, that is through the Hollow body flowing medium preferably a liquid and the medium flowing around the hollow body is the outside air.
- the Invention solves the aforementioned problem in that the Flow velocity of the medium flowing around the hollow body, especially the ambient air compared to the prior art is increased drastically by acting as a hollow body trained cooler is not fixed, but about an axis rotates.
- the hollow body is used for good heat transfer preferably made of aluminum, for example cast aluminum.
- the hollow body preferably has an axial inlet opening and an axial outlet opening for the medium flowing through on, the one medium, especially the cooling or Heating fluid, through a coaxial to the axis of rotation of the Hollow body aligned first tube in the hollow body enters and through a second tube coaxial with the first tube emerges again.
- the inlet opening and / or the outlet opening in a fixed, at least sectionally tubular inlet channel or in a fixed, at least partially tubular trained outlet channel is formed.
- the hollow body is supported by at least one pivot bearing on the Entry channel and / or on the exit channel rotatable from and is possibly by seals against the Sealed inlet duct and / or the outlet duct.
- the Seals prevent the fluid flowing through the hollow body Medium escapes from the inside of the hollow body and that the medium flowing around the hollow body penetrates into the hollow body.
- the invention can also replace the first tube and the second tube only undivided tubular component can be used, that extends axially through the hollow body and a entry opening lying outside the hollow body and a Has outlet opening.
- the tubular component In its inside the hollow body the tubular component contains passages, through which the medium flowing through the tubular component in can enter and exit the hollow body, so that the interior of the hollow body is washed by the medium.
- the inlet and the outlet Overflow openings or channels In the case of one-sided supply and discharge of the medium it be beneficial between the inlet and the outlet Overflow openings or channels to provide a direct Passage of a partial flow of the medium from the Allow entry opening to exit opening.
- the cross-sectional areas of inlet and outlet designed so that due to different flow velocities in the Inlet and outlet part of the flowing medium from the Inlet line flows directly into the outlet line and not through the inside of the hollow body.
- at least a section of the return line can be designed as an injector, so that the arrangement as Suction jet pump works.
- the constructive advantage is an im Area of the bearing and sealing point reduced diameter same volume flow in the outer cooling circuit.
- a favorable design detail of the invention is included therein see that in an axially outer region of the hollow body Filling opening is provided by a closure is lockable.
- the hollow body is placed in one position rotated in the filling opening essentially upwards shows and thus occupies the highest position.
- For emptying the hollow body rotates until the filling opening is at the bottom.
- the axial distance between the filling opening can also be adjusted Connection piece between the hollow body and the filling opening to be ordered.
- the invention is an elastic membrane inside the hollow body arranged that part of the enclosed in the hollow body Volume separated from the medium (e.g. liquid).
- the membrane may be prestressed.
- a spring or a gas filling is suitable, for example.
- the variable preloaded part serves to change the volume of the to balance medium flowing through the hollow body.
- a pump wheel rigid attached inside the rotating hollow body a pump wheel rigid attached.
- the bearing of the pump wheel is in advantageously with the bearings of the hollow body taken over, so that no additional storage of the pump wheel is required.
- the pump wheel is used to promote the the flowing medium (e.g. liquid).
- the hollow body is advantageous to rigidly attach the hollow body with a to connect to the rotating outer fan wheel.
- the storage of the fan wheel in an advantageous manner the bearings of the hollow body are taken over, so that too no additional storage is provided for the fan wheel got to.
- the pump wheel serves to promote the outside of the hollow body flowing medium (e.g. ambient air).
- the fixed idler wheel or idler housing can for example in the direction of flow in front of or behind the Pump wheel or the fan wheel can be arranged.
- the guide wheel and the guide housing act with the associated impeller or Fan wheel together for an optimal flow of the to ensure the respective medium.
- the hollow body can be driven in an advantageous manner known elements such as B. spur gears, flat belts, Timing belts, V-belts, V-ribbed belts or roller chains respectively.
- drive means on the hollow body intended to initiate a torque.
- Hollow body connected to the rotor of an asynchronous motor and at the same time forms a short-circuit ring of the asynchronous motor. Furthermore, it is advantageous if an as on the hollow body Short-circuit cage for the asynchronous motor approach is molded. It is advantageous to use the hollow body with the as a short-circuit cage approach in one piece To produce cast aluminum. Furthermore, a second can Short-circuit ring cast at the same time during manufacture become.
- the stator of the asynchronous motor is preferably in a housing made of a good heat-conducting material, e.g. B. cast aluminum, used, the housing in good heat-conducting contact with the medium (liquid) flowing through the hollow body.
- the rotor of the asynchronous motor is connected to the through the medium (liquid) flowing also very much well chilled.
- the asynchronous motor can be connected to a device which allows the variable speed asynchronous motor to let it run, to stop completely and / or that Reverse direction of rotation.
- This device is preferably a Frequency converter.
- the Temperature of the first medium at the entry point of the Hollow body (e.g. at the liquid inlet) and / or at the Exit point of the hollow body (e.g. at the liquid return) are detected by temperature sensors.
- the temperature readings will be a control unit supplied depending on the Temperature measured values the speed of the asynchronous motor and thus controls the hollow body.
- Hollow body possibly with its pump wheel, fan wheel or with its elevations and specializations, in particular Paddle wheels and possibly with the drive means as well with the short-circuit cage and the short-circuit ring one Electric motor essentially formed in one piece.
- This one-piece component can be by casting, die casting, injection molding, Forging, sintering from a good heat-conducting material, such as Aluminum, an aluminum alloy, copper, a Copper alloy, zinc, a zinc alloy, glass or carbon fiber reinforced plastic or ceramic become.
- FIG. 1 shows a cylindrical hollow body 10, which has an inlet nozzle 12 and an outlet nozzle 14 contains.
- the inlet connector 12 is rotatable via a bearing 16 mounted on a fixed tubular inlet channel 18 and by a seal 20 opposite the inlet channel 18 sealed.
- the outlet connector 14 is via a bearing 22 rotatable on a fixed tubular outlet channel 24 stored and by a seal 26 opposite Outlet channel 24 sealed. So that the hollow body is 10 um the central axis 28 rotatably mounted.
- a fixed axial inlet opening 30 formed by the cooling liquid can enter the hollow body 10.
- in the Outlet channel 24 is a fixed axial outlet opening 32 formed by the cooling liquid from the hollow body 10 can leak.
- the hollow body 10 is driven by an asynchronous motor 34 driven.
- asynchronous motor 34 driven on the exit side of the Hollow body 10 concentric with the hollow body 10
- Aligned short-circuit cage 36, which forms the rotor 38 of the asynchronous motor 34 takes.
- An area of the hollow body 10 serves as short-circuit ring 40.
- Another short-circuit ring 42 is formed on the short-circuit cage 36.
- the hollow body 10 with the short-circuit cage 36 and the further short-circuit ring 42 consist of a component made of cast aluminum.
- the stator 44 of the Asynchronous motor 34 is in a housing 46 made of cast aluminum used.
- the housing 46 is fixed to the outlet channel 24 connected, which is also made of heat-conducting aluminum consists.
- the asynchronous motor 34 is with a not shown Control unit connected, which allows the asynchronous motor 34th to run at variable speed.
- a not shown Temperature sensors for detecting the Inlet temperature and the outlet temperature of the by the Hollow body 10 flowing liquid arranged.
- a temperature sensor not shown in the Area of the peripheral surface of the hollow body which the Hollow body 10 surrounding ambient air detected. The signals of the temperature sensors are detected by the control device and used to control the speed of the hollow body 10.
- the outer surface of the hollow body 10 is an air flow exposed. It is the ambient air through which cools the liquid flowing through the hollow body becomes.
- the cooling effect can be determined by the dimensions, in particular the wall thickness of the hollow body 10 and its Thermal conductivity properties are influenced. Because of the high possible peripheral speed of the rotating hollow body 10 finds an intimate heat exchange on the outside with the Ambient air instead. The heat exchange depends crucially on the size of the outer surface of the cooling air exposed Hollow body 10 from. Therefore, on the outer peripheral surface of the Hollow body 10 a plurality of elevations 48 and in between lying depressions 50 provided with the hollow body 10th are in good heat-conducting contact and preferably in the Hollow body 10 are integrated.
- the elevations 48 are oblique to the axis of rotation 28 arranged blades, which in addition to increasing the cooling effect, the function the promotion of cooling air.
- FIG. 3 shows a hollow body 10 through which a only undivided stationary tubular component (tube 52) extends at one end of an axial Entry opening 30 and at the other end there is an axial Exit opening 32 is located.
- the tube 52 contains inside of the hollow body 10 at its end facing the entry side Passages 54 that prevent coolant from exiting tube 52 allow in the hollow body 10.
- the tube 52 contains Inside of the hollow body 10 on its exit side facing end passages 56, which prevent the entry of the Allow coolant from the hollow body 10 into the tube 52. This is illustrated by arrows. To one Liquid flow through the middle, between the Passages 54, 56 lying section of the tube 10 to can avoid this section by a not shown Barrier closed or restricted by a restriction his.
- the storage and sealing of the hollow body 10 also takes place here (as shown in Fig. 1) by two bearings 16 and 22 and two seals 20 and 22.
- elevations 58 as to form blades arranged at an angle to the axis of rotation 28, so they have the function of pumping the liquid in part or can take over entirely.
- V-belt pulley 62 mounted, which is the rotary drive of the Hollow body 10 is used.
- the bearing of the V-belt pulley 62 is taken over by the bearing 22 of the hollow body 10.
- Drive means also replace the V-belt pulley 62 other elements into consideration, such as B. a gear, a Flat belt pulley, a toothed belt wheel, a chain wheel and like.
- a non-rotatable Fan wheel 64 mounted, which is with the hollow body 10th rotates and has the task of an air flow over the To blow the surface of the hollow body 10 and the hollow body 10 to cool. As a result, a separately driven blower or fan wheel unnecessary.
- the bearing of the fan wheel 64 is taken over by the bearing 20 of the hollow body 10.
- a hollow body 10 is shown, on the cylindrical inside in a central area co-rotating impeller 70 is mounted.
- the impeller 70 can optionally in one piece with the hollow body 10 in one Injection molding process.
- the storage of the The impeller 70 is supported by the bearings 16, 22 of the hollow body 10 with taken over.
- the impeller 70 has the task of To promote liquid through the hollow body 10. This will a separate liquid pump is unnecessary.
- the impeller 70 In the direction of flow in front of the impeller 70 and behind the The impeller 70 is in the hollow body 10 each with the tube 10 connected fixed, non-rotating stator 72, 74 indicated which serve to guide the flow of liquid. In many applications, it is sufficient just one Stator 72 in front of the impeller 70 or a stator 74 behind the To provide impeller 70.
- the use of idlers 72, 74 may require the hollow body for assembly reasons to train in several parts.
- FIG. 5 shows a hollow body 80 which only opens on one side a concentric to the axis of rotation 81 82 has.
- Inside the socket 82 are two fixed, pipes 84, 86 not rotating with the hollow body 82 arranged concentrically. Through the inner of the two pipes 84 the coolant is supplied into the hollow body 82 (Entrance opening 85). The coolant is drained through the between inner tube 84 and outer tube 86 trained drain ring channel 87. This is through Arrows made clear.
- the connecting piece 82 is supported by a bearing 88 the outer tube 86 and a seal 90th sealed against the outer tube 86. Through this Coaxial, one-sided liquid supply and discharge can be bearings and seals are saved.
- Radial overflow channels 92 are contained in the inner tube 84, which has a liquid passage between the inlet and the Allow expiration. Because of different Flow velocities in the inlet and outlet flow Part of the liquid from the inlet directly through the Overflow channels 92 in the drain ring channel 87 and not in the Interior of the hollow body 80. Furthermore, the ends of the outer tube 86 expanded conically, so that Return line acts as an injector and thus acts as one Suction jet pump works. This has the advantage of being in the area the bearing and sealing point with a reduced diameter constant volume flow in the outer cooling circuit possible becomes.
- the filling opening 94 serves filling and emptying the hollow body 80 and the whole Cooling system with coolant.
- FIG. 5 there is an elastic membrane 98 inside the hollow body 80 arranged that a part of the hollow body 80th enclosed volume from the other part of the hollow body separates and is not flowed through by the coolant.
- the elastic membrane 98 is shown schematically in FIG indicated spring 100 biased and thus leaves Volume changes in the liquid, for example can occur due to different temperatures.
- the part separated by the membrane 98 also with a gas filling be filled.
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Wärmeaustausch zwischen einem ersten strömungsfähigen Medium, vorzugsweise einer Flüssigkeit wie z. B. Wasser, Kühlmittel oder Öl, und einem zweiten strömungsfähigen Medium, vorzugsweise einem Gas wie z. B. Umgebungsluft. Die Vorrichtung enthält einen Hohlkörper, durch den eines der beiden Medien strömt und dessen Außenseite dem anderen der beiden Medien ausgesetzt ist.The invention relates to a device for heat exchange between a first fluid medium, preferably a liquid such as B. water, coolant or oil, and a second fluid medium, preferably a gas such as B. ambient air. The device contains one Hollow body through which one of the two media flows and its Outside the other of the two media is exposed.
Derartige Wärmeaustauschvorrichtungen werden beispielsweise als Kühler in Fahrzeugen eingesetzt. Die DE-A-101 39 315 beschreibt zum Beispiel einen in einem Motorkühlkreis angeordneten Wärmetauscher. Bei derartigen Wärmetauschern wird die abzukühlende Kühlflüssigkeit durch das Rohrsystem eines feststehenden, dünnwandigen Kühlers gefördert. Der Kühler ist häufig flach und quaderförmig ausgebildet und enthält Durchtrittsöffnungen durch die mittels eines Lüfters Umgebungsluft gefördert wird. Der Kühler trennt die beiden Medien Luft und Kühlflüssigkeit. Um einen guten Wärmeübergang zu erreichen, ist eine hohe Strömungsgeschwindigkeit der beiden Medien Kühlflüssigkeit und Umgebungsluft, eine gute Wärmeleitfähigkeit des Kühlers und eine große Oberfläche des Kühlers vorteilhaft. Da der Wärmeübergang zwischen einer Flüssigkeit und einem Festkörper in der Regel sehr viel leichter möglich ist als zwischen einem Gas und einem Festkörper, bestimmt letzterer die zur Übertragung einer bestimmten Wärmemenge notwendigen Abmessungen des Kühlers. Man wird daher versuchen, die Oberflächen des Kühlers durch Rippen und dergleichen zu vergrößern. Diese Art der Oberflächenvergrößerung führt insbesondere bei landwirtschaftlichen Anwendungen, bei denen die Umgebungsluft stark verschmutz ist, zu der Gefahr, dass der Kühler relativ rasch verschmutzt und sich damit der Wärmeübergang verschlechtert.Such heat exchange devices are, for example, as Radiator used in vehicles. DE-A-101 39 315 describes for example one arranged in an engine cooling circuit Heat exchanger. With such heat exchangers Cooling liquid to be cooled through the pipe system fixed, thin-walled cooler promoted. The cooler is often flat and cuboid and contains Through openings through the means of a fan Ambient air is promoted. The cooler separates the two Media air and coolant. To ensure good heat transfer to achieve is a high flow rate of the two Media coolant and ambient air, good Thermal conductivity of the cooler and a large surface of the Cooler advantageous. Because the heat transfer between one Liquid and a solid usually a great deal is easier than between a gas and one Solid state, the latter determines the one for transferring a certain amount of heat necessary dimensions of the cooler. you will therefore try to rip the surfaces of the radiator and the like to enlarge. That kind of Surface enlargement in particular leads to agricultural applications where the ambient air is very dirty, to the risk that the cooler is relative quickly soiled and thus the heat transfer deteriorated.
Um die Luft durch die Durchtrittsöffnungen des Wärmetauschers zu fördern, wird beispielsweise ein Lüfter eingesetzt. Die geförderte Luftmenge, die Strömungsgeschwindigkeit und die Temperaturdifferenz zwischen der Kühleraußenseite und der Umgebungsluft bestimmen maßgeblich die Wärmeleistung des Wärmetauschers. Um die Flüssigkeit durch den Wärmetauscher zu fördern wird eine Pumpe eingesetzt.To the air through the passage openings of the heat exchanger to promote, for example, a fan is used. The amount of air conveyed, the flow velocity and the Temperature difference between the outside of the radiator and the Ambient air largely determines the thermal output of the Heat exchanger. To the liquid through the heat exchanger too pump is used.
Nachteilig bei diesen Wärmetauschern ist das Erfordernis einer großen Oberfläche der mit der Umgebungsluft in Berührung stehenden Wärmetauscherseite. Diese Oberfläche ist erheblich größer, als die Oberfläche, die mit der Flüssigkeit in Berührung steht. Aufgrund der großen erforderlichen Oberflächen besteht ein hoher Platzbedarf für den Wärmetauscher. Es ist auch ein erheblicher Energieaufwand erforderlich, um die beiden Medien, insbesondere die Umgebungsluft, durch den Wärmetauscher zu fördern. Die Verschmutzungsgefahr ist insbesondere im landwirtschaftlichen Bereich erheblich. Es besteht ein großer Bauaufwand, hervorgerufen durch das Erfordernis nach einer Pumpe, einem Lüfter und einem Kühler.The disadvantage of these heat exchangers is the need for one large surface area in contact with the ambient air standing heat exchanger side. This surface is significant larger than the surface that is in with the liquid Touch. Because of the large surfaces required there is a high space requirement for the heat exchanger. It is also a significant amount of energy is required to power the two Media, especially the ambient air, through the heat exchanger to promote. The risk of contamination is particularly in the agricultural field significantly. There is a big one Construction effort caused by the need for a Pump, a fan and a cooler.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird darin gesehen, eine Wärmetauschervorrichtung der eingangs genannten Art derart auszubilden, dass die genannten Probleme überwunden werden. Insbesondere soll die Vorrichtung zum Wärmetausch vergleichsweise kleine Abmessungen bei hoher Leistungsdichte aufweisen. Sie soll vergleichsweise wenig Betriebenergie erfordern, wenige preiswerte Bauteile enthalten und die Gefahr einer Verschmutzung vermindern.The object underlying the invention is seen in a heat exchanger device of the type mentioned above to train that the problems mentioned are overcome. In particular, the device for heat exchange comparatively small dimensions with high power density exhibit. You should comparatively little operational energy require few inexpensive components and the risk reduce pollution.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Lehre des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.The object is achieved by the teaching of Claim 1 solved. Further advantageous configurations and further developments of the invention result from the subclaims out.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Wärmeaustausch zwischen einem ersten strömungsfähigen Medium, vorzugsweise einer Flüssigkeit wie z. B. Wasser, Kühlmittel oder Öl, und einem zweiten strömungsfähigen Medium, vorzugsweise einem Gas wie z. B. Umgebungsluft, enthält einen Hohlkörper, durch dessen Inneres eines der beiden Medien strömt und dessen Außenseite dem anderen der beiden Medien ausgesetzt ist. Auch wenn die Medien grundsätzlich frei wählbar sind, ist das durch den Hohlkörper strömende Medium vorzugsweise eine Flüssigkeit und das den Hohlkörper umströmende Medium die Außenluft. Die Erfindung löst die vorgenannten Problem dadurch, dass die Strömungsgeschwindigkeit des den Hohlkörper umströmende Medium, insbesondere der Umgebungsluft gegenüber dem Stand der Technik drastisch gesteigert wird, indem der als Hohlkörper ausgebildete Kühler nicht feststeht, sondern um eine Achse rotiert.The inventive device for heat exchange between a first fluid medium, preferably one Liquid such as B. water, coolant or oil, and one second fluid medium, preferably a gas such as. B. ambient air, contains a hollow body through which Inside one of the two media flows and the outside is exposed to the other of the two media. Even if the Media are freely selectable, that is through the Hollow body flowing medium preferably a liquid and the medium flowing around the hollow body is the outside air. The Invention solves the aforementioned problem in that the Flow velocity of the medium flowing around the hollow body, especially the ambient air compared to the prior art is increased drastically by acting as a hollow body trained cooler is not fixed, but about an axis rotates.
Aufgrund der hohen möglichen Umfangsgeschwindigkeit des um eine Achse rotierenden Hohlkörpers ergeben sich hohe Strömungsgeschwindigkeiten im Bereich seiner Umfangsfläche, wodurch ein inniger Wärmeaustausch stattfindet. Hierdurch lässt sich die Leistung des Wärmeaustauschs steigern, so dass die erfindungsgemäße Wärmeaustauschvorrichtung gegenüber bisher üblichen Wärmetauschern eine verringerte Oberfläche bei hoher Leistungsdichte aufweist, wodurch sich auch der erforderliche Platzbedarf verringert. Die Verschmutzungsgefahr nimmt ab, da die Schmutzpartikel sich nicht mehr in engen Durchtrittskanälen festsetzen sondern weggeblasen werden. Aufgrund des Aufbaus als rotierendes Gebilde wird es weiterhin möglich, die Funktionen von Kühler, Pumpe und Lüfter in einer baulichen Einheit zusammenzufassen, was eine einfache Konstruktion zur Folge hat, bei der gesonderte Antriebe für Pumpe und Lüfter entfallen können und die vergleichsweise geringe Betriebsenergien erfordert.Due to the high possible peripheral speed of around The axis of the rotating hollow body is high Flow velocities in the area of its peripheral surface, whereby an intimate heat exchange takes place. This leaves the performance of the heat exchange increase, so that the heat exchange device according to the invention compared to previously conventional heat exchangers have a reduced surface area at high Has power density, which is also the required Reduced space requirements. The risk of pollution decreases because the dirt particles are no longer in narrow passages fix but be blown away. Due to the structure as rotating structure it will still be possible to use the functions of cooler, pump and fan in one structural unit summarize, which results in a simple construction, separate drives for pumps and fans are not required can and the comparatively low operating energies requires.
Für einen guten Wärmeübergang besteht der Hohlkörper vorzugsweise aus Aluminium, beispielsweise aus Aluminiumguss.The hollow body is used for good heat transfer preferably made of aluminum, for example cast aluminum.
Vorzugsweise weist der Hohlkörper eine axiale Eintrittsöffnung und eine axiale Austrittsöffnung für das durchströmende Medium auf, wobei das eine Medium, insbesondere die Kühl- oder Heizflüssigkeit, durch ein koaxial zur Drehachse des Hohlkörpers ausgerichtetes erstes Rohr in den Hohlkörper eintritt und durch ein zum ersten Rohr koaxiales zweites Rohr wieder austritt.The hollow body preferably has an axial inlet opening and an axial outlet opening for the medium flowing through on, the one medium, especially the cooling or Heating fluid, through a coaxial to the axis of rotation of the Hollow body aligned first tube in the hollow body enters and through a second tube coaxial with the first tube emerges again.
Dabei ist es von Vorteil, wenn die Eintrittsöffnung und/oder die Austrittsöffnung in einem feststehenden, wenigstens abschnittsweise rohrförmig ausgebildeten Eintrittskanal bzw. in einem feststehenden, wenigstens abschnittsweise rohrförmig ausgebildeten Austrittskanal ausgebildet ist. Der Hohlkörper stützt sich dabei über wenigstens ein Drehlager an dem Eintrittskanal und/oder an dem Austrittskanal drehbar ab und ist gegebenenfalls durch Dichtungen gegenüber dem Eintrittskanal und/oder dem Austrittskanal abgedichtet. Die Dichtungen verhindern, dass das den Hohlkörper durchströmende Medium aus dem Inneren des Hohlkörpers entweicht und dass das den Hohlkörper umströmende Medium in den Hohlkörper eindringt.It is advantageous if the inlet opening and / or the outlet opening in a fixed, at least sectionally tubular inlet channel or in a fixed, at least partially tubular trained outlet channel is formed. The hollow body is supported by at least one pivot bearing on the Entry channel and / or on the exit channel rotatable from and is possibly by seals against the Sealed inlet duct and / or the outlet duct. The Seals prevent the fluid flowing through the hollow body Medium escapes from the inside of the hollow body and that the medium flowing around the hollow body penetrates into the hollow body.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann anstelle des ersten Rohres und des zweiten Rohres auch ein einziges ungeteiltes rohrförmiges Bauteil verwendet werden, dass sich axial durch den Hohlkörper erstreckt und eine außerhalb des Hohlkörpers liegende Eintrittsöffnung und eine Austrittsöffnung aufweist. In seinem innerhalb des Hohlkörpers liegenden Bereich enthält das rohrförmige Bauteil Durchlässe, durch die das durch das rohrförmige Bauteil strömende Medium in den Hohlkörper eintreten und aus diesem wieder austreten kann, so dass das Innere des Hohlkörpers von dem Medium umspült wird.According to a further advantageous embodiment of the invention can also replace the first tube and the second tube only undivided tubular component can be used, that extends axially through the hollow body and a entry opening lying outside the hollow body and a Has outlet opening. In its inside the hollow body the tubular component contains passages, through which the medium flowing through the tubular component in can enter and exit the hollow body, so that the interior of the hollow body is washed by the medium.
Es kann auch von Vorteil sein, die Zu- und Abführung des den Hohlkörper durchströmenden Mediums koaxial einseitig auszuführen. Hierbei ist lediglich eine Dichtung und eine einseitige Lagerung erforderlich. Zu diesem Zweck kann ein inneres und ein äußeres Rohr verwendet werden, die koaxial in der Drehachse angeordnet sind und zwischen denen ein Ringkanal ausgebildet ist. Die Zuführung des Medium kann über das innere Rohr und die Abführung des Mediums kann über den Ringkanal erfolgen. Es ist natürlich auch möglich die Strömungsrichtung umgekehrt auszuführen.It can also be advantageous to feed and discharge the Medium flowing through the hollow body coaxially on one side perform. Here is only one seal and one one-sided storage required. For this purpose, a inner and outer tubes are used which are coaxial in the axis of rotation are arranged and between which an annular channel is trained. The medium can be fed via the inner Pipe and the discharge of the medium can be via the ring channel respectively. Of course it is also possible to change the direction of flow reverse to perform.
Im Falle einer einseitigen Zu- und Abführung des Mediums kann es von Vorteil sein, zwischen dem Zulauf und dem Ablauf Überströmöffnungen oder -kanäle vorzusehen, die einen direkten Durchtritt eines Teilstromes des Mediums von der Eintrittsöffnung zur Austrittsöffnung ermöglichen. Dabei werden die Querschnittsflächen von Zu- und Ablauf so ausgelegt, dass aufgrund von unterschiedlichen Strömungsgeschwindigkeiten im Zu- und Ablauf ein Teil des durchströmenden Mediums von der Zulaufleitung direkt in die Ablaufleitung fließt und nicht durch dass Innere des Hohlkörpers. In besonders vorteilhafter Weise kann hierbei wenigstens ein Abschnitt der Rücklaufleitung als Injektor gestaltet sein, so dass die Anordnung als Saugstrahlpumpe arbeitet. Der konstruktive Vorteil ist ein im Bereich der Lager- und Dichtstelle verringerter Durchmesser bei gleichem Volumenstrom im äußeren Kühlkreis.In the case of one-sided supply and discharge of the medium it be beneficial between the inlet and the outlet Overflow openings or channels to provide a direct Passage of a partial flow of the medium from the Allow entry opening to exit opening. In doing so the cross-sectional areas of inlet and outlet designed so that due to different flow velocities in the Inlet and outlet part of the flowing medium from the Inlet line flows directly into the outlet line and not through the inside of the hollow body. In a particularly advantageous way In this case, at least a section of the return line can be designed as an injector, so that the arrangement as Suction jet pump works. The constructive advantage is an im Area of the bearing and sealing point reduced diameter same volume flow in the outer cooling circuit.
Ein günstiges Gestaltungsdetail der Erfindung ist darin zu sehen, dass in einem axial äußeren Bereich des Hohlkörpers eine Befüllöffnung vorgesehen ist, die durch einen Verschluss verschließbar ist. Durch die Befüllöffnung lässt sich der Hohlkörper und die gesamte Kühlanlage befüllen und entleeren. Zum Zweck des Befüllens wird der Hohlkörper in eine Lage gedreht, in der die Befüllöffnung im Wesentlichen nach oben zeigt und somit die höchste Lage einnimmt. Zum Entleeren wird der Hohlkörper verdreht bis die Befüllöffnung ganz unten liegt. Durch geeignete Gestaltung der Kühlanlage und der Wahl des Durchmessers des Hohlkörpers kann so erreicht werden, dass eine vollständige Befüllung und Entleerung mit nur einer Öffnung unter Verwendung lediglich eines Verschlusses möglich ist. Um den axialen Abstand der Befüllöffnung anzupassen kann auch ein Anschlussstutzen zwischen dem Hohlkörper und der Befüllöffnung angeordnet werden.A favorable design detail of the invention is included therein see that in an axially outer region of the hollow body Filling opening is provided by a closure is lockable. The can be filled through the filling opening Fill and empty the hollow body and the entire cooling system. For the purpose of filling, the hollow body is placed in one position rotated in the filling opening essentially upwards shows and thus occupies the highest position. For emptying the hollow body rotates until the filling opening is at the bottom. By appropriate design of the cooling system and the choice of Diameter of the hollow body can be achieved so that a complete filling and emptying with just one opening is possible using only one closure. Around The axial distance between the filling opening can also be adjusted Connection piece between the hollow body and the filling opening to be ordered.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist im Inneren des Hohlkörpers eine elastische Membran angeordnet, die einen Teil des im Hohlkörper eingeschlossenen Volumens gegenüber dem Medium (z. B. Flüssigkeit) abtrennt. Die Membran ist gegebenenfalls vorgespannt. Für die Vorspannung eignet sich beispielsweise eine Feder oder eine Gasfüllung. Der variable vorgespannte Teil dient dazu, Volumenänderungen des durch den Hohlkörper strömenden Mediums auszugleichen.According to a further advantageous embodiment of the invention is an elastic membrane inside the hollow body arranged that part of the enclosed in the hollow body Volume separated from the medium (e.g. liquid). The The membrane may be prestressed. For the preload a spring or a gas filling is suitable, for example. The variable preloaded part serves to change the volume of the to balance medium flowing through the hollow body.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist an der Innenseite des sich drehenden Hohlkörpers ein Pumpenrad starr befestigt. Dabei wird die Lagerung des Pumpenrades in vorteilhafter Weise von den Lagern des Hohlkörpers mit übernommen, so dass keine zusätzliche Lagerung des Pumpenrades erforderlich ist. Das Pumpenrad dient der Förderung des durch den Hohlkörper strömenden Mediums (z. B. Flüssigkeit).In a preferred development of the invention Inside the rotating hollow body a pump wheel rigid attached. The bearing of the pump wheel is in advantageously with the bearings of the hollow body taken over, so that no additional storage of the pump wheel is required. The pump wheel is used to promote the the flowing medium (e.g. liquid).
Des Weiteren ist es von Vorteil, den Hohlkörper starr mit einem sich mitdrehenden äußeren Lüfterrad zu verbinden. Auch hier kann die Lagerung des Lüfterrades in vorteilhafter Weise von den Lagern des Hohlkörpers mit übernommen werden, so dass auch für das Lüfterrad keine zusätzliche Lagerung vorgesehen werden muss. Das Pumpenrad dient der Förderung des außen am Hohlkörper vorbeiströmenden Mediums (z. B. Umgebungsluft).Furthermore, it is advantageous to rigidly attach the hollow body with a to connect to the rotating outer fan wheel. Here too can the storage of the fan wheel in an advantageous manner the bearings of the hollow body are taken over, so that too no additional storage is provided for the fan wheel got to. The pump wheel serves to promote the outside of the hollow body flowing medium (e.g. ambient air).
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist innerhalb des Hohlkörpers und/oder außerhalb des Hohlkörpers wenigstens ein feststehendes Leitrad oder Leitgehäuse vorgesehen. Das feststehende Leitrad oder Leitgehäuse kann beispielsweise in Strömungsrichtung vor oder hinter dem Pumpenrad bzw. dem Lüfterrad angeordnet werden. Das Leitrad und das Leitgehäuse wirken mit dem zugehörigen Pumpenrad bzw. dem Lüfterrad zusammen, um eine optimale Strömungsführung des jeweiligen Mediums zu gewährleisten. Bei Verwendung eines innerhalb des Hohlkörpers angeordneten Leitrades kann es erforderlich sein, den Hohlkörper mehrteilig auszubilden, so dass sich der Hohlkörper zerlegen lässt, um eine Montage des Leitrades zu ermöglichen. According to a preferred development of the invention inside the hollow body and / or outside the hollow body at least one fixed stator or guide housing intended. The fixed idler wheel or idler housing can for example in the direction of flow in front of or behind the Pump wheel or the fan wheel can be arranged. The guide wheel and the guide housing act with the associated impeller or Fan wheel together for an optimal flow of the to ensure the respective medium. When using a it can be arranged within the hollow body be necessary to form the hollow body in several parts, so that the hollow body can be disassembled in order to assemble the To allow stator.
Um die am Wärmeaustausch beteiligte Oberfläche zu erhöhen schlägt eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung vor, dass an einer (vorzugsweise zylindrischen) Außenmantelfläche und/oder einer (vorzugsweise zylindrischen) Innenmantelfläche des Hohlkörpers Erhebungen und Vertiefungen vorgesehen sind.To increase the surface area involved in heat exchange proposes a preferred development of the invention that on a (preferably cylindrical) outer surface and / or a (preferably cylindrical) inner lateral surface the hollow body elevations and depressions are provided.
Es ist von besonderem Vorteil, diese Erhebungen als schräg zur Rotationsachse angeordnete (schraubenwendelförmige) Schaufeln auszubilden, so dass sie die Funktion der Förderung des jeweiligen Mediums (z. B. Umgebungsluft oder Flüssigkeit) zum Teil oder gänzlich übernehmen können. Auch in diesem Fall kann ein feststehendes Leitrad oder Leitgehäuse in Strömungsrichtung vor und/oder hinter den Schaufeln angeordnet werden.It is particularly advantageous to view these surveys as oblique Rotationally arranged (helical) blades train so that they have the function of promoting the respective medium (e.g. ambient air or liquid) for Can take over part or all of it. In this case too a fixed diffuser or diffuser in the direction of flow be arranged in front of and / or behind the blades.
Der Antrieb des Hohlkörpers kann in vorteilhafter Weise über bekannte Elemente wie z. B. Stirnzahnräder, Flachriemen, Zahnriemen, Keilriemen, Keilrippenriemen oder Rollenketten erfolgen. Zu diesem Zweck sind an dem Hohlkörper Antriebsmittel zur Einleitung eines Drehmoments vorgesehen.The hollow body can be driven in an advantageous manner known elements such as B. spur gears, flat belts, Timing belts, V-belts, V-ribbed belts or roller chains respectively. For this purpose there are drive means on the hollow body intended to initiate a torque.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist es auch möglich, den Hohlkörper elektrisch anzutreiben und ihn insbesondere starr mit dem Rotor eines Elektromotors zu verbinden. Die Aufgabe der Lagerung des Elektromotors kann vorzugsweise von den Lagern des Hohlkörpers mit übernommen werden.According to a further preferred embodiment of the invention it is also possible to electrically drive the hollow body and in particular rigidly with the rotor of an electric motor connect. The task of storing the electric motor can preferably taken over by the bearings of the hollow body become.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Hohlkörper mit dem Rotor eines Asynchronmotors verbunden und bildet gleichzeitig einen Kurzschlussring des Asynchronmotors. Des Weiteren ist es von Vorteil, wenn an den Hohlkörper ein als Kurzschlusskäfig für den Asynchronmotor dienender Ansatz angeformt ist. Dabei ist es von Vorteil, den Hohlkörper mit dem als Kurzschlusskäfig dienenden Ansatz einteilig aus Aluminiumguss zu fertigen. Des Weiteren kann auch ein zweiter Kurzschlussring bei der Herstellung gleichzeitig mitgegossen werden. In a preferred embodiment of the invention Hollow body connected to the rotor of an asynchronous motor and at the same time forms a short-circuit ring of the asynchronous motor. Furthermore, it is advantageous if an as on the hollow body Short-circuit cage for the asynchronous motor approach is molded. It is advantageous to use the hollow body with the as a short-circuit cage approach in one piece To produce cast aluminum. Furthermore, a second can Short-circuit ring cast at the same time during manufacture become.
Vorzugsweise ist der Stator des Asynchronmotors in ein Gehäuse aus gut wärmeleitendem Material, z. B. aus Aluminiumguss, eingesetzt, wobei das Gehäuse in gut wärmeleitendem Kontakt mit dem durch den Hohlkörper strömenden Medium (Flüssigkeit) steht. Der Rotor des Asynchronmotors wird über den Kontakt zum durch den Hohlkörper strömenden Medium (Flüssigkeit) ebenfalls sehr gut gekühlt.The stator of the asynchronous motor is preferably in a housing made of a good heat-conducting material, e.g. B. cast aluminum, used, the housing in good heat-conducting contact with the medium (liquid) flowing through the hollow body. The rotor of the asynchronous motor is connected to the through the medium (liquid) flowing also very much well chilled.
Der Asynchronmotor kann mit einer Einrichtung verbunden sein, die es gestattet, den Asynchronmotor mit variabler Drehzahl laufen zu lassen, gänzlich stillzusetzen und/oder die Drehrichtung umzukehren. Diese Einrichtung ist vorzugsweise ein Frequenzumrichter.The asynchronous motor can be connected to a device which allows the variable speed asynchronous motor to let it run, to stop completely and / or that Reverse direction of rotation. This device is preferably a Frequency converter.
Es ist des Weiteren vorteilhaft, die Temperatur wenigstens eines der Medien zu erfassen. Beispielsweise kann die Temperatur des ersten Mediums an der Eintrittstelle des Hohlkörpers (z. B. am Flüssigkeitszulauf) und/oder an der Austrittstelle des Hohlkörpers (z. B. am Flüssigkeitsrücklauf) durch Temperatursensoren erfasst werden. Es ist alternativ oder kumulative auch möglich die Temperatur des zweiten Mediums, das die Außenseite des Hohlkörpers umströmt (z. B. Luftstrom) durch Temperatursensoren zu erfassen. Die Temperaturmesswerte werden einer Steuereinheit zugeführt, die in Abhängigkeit der Temperaturmesswerte die Drehzahl des Asynchronmotors und damit des Hohlkörpers steuert.It is furthermore advantageous to at least maintain the temperature to capture one of the media. For example, the Temperature of the first medium at the entry point of the Hollow body (e.g. at the liquid inlet) and / or at the Exit point of the hollow body (e.g. at the liquid return) are detected by temperature sensors. It is alternative or cumulative also possible the temperature of the second medium, the flows around the outside of the hollow body (e.g. air flow) Detect temperature sensors. The temperature readings will be a control unit supplied depending on the Temperature measured values the speed of the asynchronous motor and thus controls the hollow body.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Hohlkörper, gegebenenfalls mit seinem Pumpenrad, Lüfterrad bzw. mit seinen Erhebungen und Vertiefungen, insbesondere Schaufelrädern und gegebenenfalls mit den Antriebsmitteln sowie mit dem Kurzschlusskäfig und dem Kurzschlussring eines Elektromotors im wesentlichen einteilig ausgebildet. Dieses einteilig Bauteil kann durch Gießen, Druckgießen, Spritzgießen, Schmieden, Sintern aus einem gut wärmeleitenden Material, wie Aluminium, einer Aluminiumlegierung, Kupfer, eine Kupferlegierung, Zink, einer Zinklegierung, glas- oder kohlefaserverstärktem Kunststoff oder Keramik hergestellt werden.In a preferred embodiment of the invention Hollow body, possibly with its pump wheel, fan wheel or with its elevations and specializations, in particular Paddle wheels and possibly with the drive means as well with the short-circuit cage and the short-circuit ring one Electric motor essentially formed in one piece. This one-piece component can be by casting, die casting, injection molding, Forging, sintering from a good heat-conducting material, such as Aluminum, an aluminum alloy, copper, a Copper alloy, zinc, a zinc alloy, glass or carbon fiber reinforced plastic or ceramic become.
Anhand der Zeichnung, die Ausführungsbeispiele der Erfindung zeigt, werden nachfolgend die Erfindung sowie weitere Vorteile und vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung näher beschrieben und erläutert.Based on the drawing, the embodiments of the invention shows, the invention and further advantages are below and advantageous developments and refinements of Invention described and explained in more detail.
Es zeigt:
- Fig. 1
- die schematische Schnittdarstellung einer ersten erfindungsgemäßen Wärmeaustauschvorrichtung, welche durch einen Asynchronmotor angetrieben wird,
- Fig. 2
- die Seitenansicht des Hohlkörpers einer erfindungsgemäßen Wärmeaustauschvorrichtung,
- Fig. 3
- die schematische Schnittdarstellung einer zweiten erfindungsgemäßen Wärmeaustauschvorrichtung mit einem Lüfterrad,
- Fig. 4
- die schematische Schnittdarstellung einer dritten erfindungsgemäßen Wärmeaustauschvorrichtung mit einem internen Pumpenrad und
- Fig. 5
- die schematische Schnittdarstellung einer vierten erfindungsgemäßen Wärmeaustauschvorrichtung mit einseitiger Zu- und Abfuhr des durch den Hohlkörper strömenden Mediums.
- Fig. 1
- 2 shows the schematic sectional illustration of a first heat exchange device according to the invention, which is driven by an asynchronous motor,
- Fig. 2
- the side view of the hollow body of a heat exchange device according to the invention,
- Fig. 3
- 2 shows the schematic sectional illustration of a second heat exchange device according to the invention with a fan wheel,
- Fig. 4
- the schematic sectional view of a third heat exchange device according to the invention with an internal pump wheel and
- Fig. 5
- the schematic sectional view of a fourth heat exchange device according to the invention with one-sided supply and discharge of the medium flowing through the hollow body.
Für gleiche oder gleichartige in den Figuren dargestellte Bauelemente werden im folgenden die selben Bezugsziffern verwendet.For the same or similar in the figures shown Components are given the same reference numbers below used.
Aus Fig. 1 geht ein zylinderförmiger Hohlkörper 10 hervor,
welcher einen Eintrittsstutzen 12 und einen Austrittstutzen 14
enthält. Der Eintrittstutzen 12 ist über ein Lager 16 drehbar
auf einem feststehenden rohrförmigen Eintrittskanal 18 gelagert
und durch eine Dichtung 20 gegenüber dem Eintrittskanal 18
abgedichtet. Der Austrittstutzen 14 ist über ein Lager 22
drehbar auf einem feststehenden rohrförmigen Austrittskanal 24
gelagert und durch eine Dichtung 26 gegenüber dem
Austrittskanal 24 abgedichtet. Damit ist der Hohlkörper 10 um
die Mittelachse 28 drehbar gelagert. Im Eintrittskanal 18 ist
eine feststehende axiale Eintrittsöffnung 30 ausgebildet, durch
die Kühlflüssigkeit in den Hohlkörper 10 eintreten kann. Im
Austrittskanal 24 ist eine feststehende axiale Austrittsöffnung
32 ausgebildet, durch die Kühlflüssigkeit aus dem Hohlkörper 10
austreten kann.1 shows a cylindrical
Der Hohlkörper 10 wird durch einen Asynchronmotor 34
angetrieben. Zu diesem Zweck ist an der Austrittsseite des
Hohlkörpers 10 ein konzentrisch zum Hohlkörper 10
ausgerichteter Kurzschlusskäfig 36 angeformt, welcher den Rotor
38 des Asynchronmotors 34 aufnimmt. Ein Bereich des Hohlkörpers
10 dient als Kurzschlussring 40. Ein weiterer Kurzschlussring
42 ist an dem Kurzschlusskäfig 36 angeformt. Der Hohlkörper 10
mit dem Kurzschlusskäfig 36 und dem weiteren Kurzschlussring 42
bestehen aus einem Bauteil aus Aluminiumguss. Der Stator 44 des
Asynchronmotors 34 ist in einem Gehäuse 46 aus Aluminiumguss
eingesetzt. Das Gehäuse 46 ist fest mit dem Austrittskanal 24
verbunden, der ebenfalls aus gut wärmeleitendem Aluminium
besteht. Durch diese Ausbildung stehen die Komponenten des
Asynchronmotors in gutem Wärmekontakt mit der durch den
Hohlkörper 10 strömenden Flüssigkeit und werden durch die
Flüssigkeit gut gekühlt. Die Lagerung des Asynchronmotors 34
wird durch das Lager 24 des Hohlkörpers 10 mitübernommen.The
Der Asynchronmotor 34 ist mit einer nicht näher gezeigten
Steuereinheit verbunden, die es gestattet den Asynchronmotor 34
mit variabler Drehzahl laufen zu lassen. In den Bereichen der
Eintrittsöffnung 30 und der Austrittsöffnung 32 sind nicht
näher dargestellte Temperatursensoren zur Erfassung der
Eintrittstemperatur und der Austrittstemperatur der durch den
Hohlkörper 10 strömenden Flüssigkeit angeordnet. Des Weiteren
befindet sich ein nicht näher dargestellter Temperatursensor im
Bereich der Umfangsfläche des Hohlkörpers, der die den
Hohlkörper 10 umströmende Umgebungsluft erfasst. Die Signale
der Temperatursensoren werden von der Steuereinrichtung erfasst
und zur Steuerung der Drehzahl des Hohlkörpers 10 herangezogen.The
Die Außenfläche des Hohlkörpers 10 ist einem Luftstrom
ausgesetzt. Es handelt sich dabei um die Umgebungsluft, durch
welche das durch den Hohlkörper strömende Flüssigkeit gekühlt
wird. Die Kühlwirkung kann durch die Abmessungen, insbesondere
die Wandstärke des Hohlkörpers 10 und dessen
Wärmeleiteigenschaften beeinflusst werden. Wegen der hohen
möglichen Umfangsgeschwindigkeit des rotierenden Hohlkörpers 10
findet an dessen Außenseite ein inniger Wärmeaustausch mit der
Umgebungsluft statt. Der Wärmeaustausch hängt entscheidend von
der Größe der der Kühlluft ausgesetzten äußeren Oberfläche des
Hohlkörpers 10 ab. Daher sind auf der äußeren Umfangsfläche des
Hohlkörpers 10 eine Vielzahl von Erhebungen 48 und dazwischen
liegenden Vertiefungen 50 vorgesehen, die mit dem Hohlkörper 10
in gutem wärmeleitenden Kontakt stehen und vorzugsweise in den
Hohlkörper 10 integriert sind.The outer surface of the
Wie aus Fig. 2 hervorgeht, sind die Erhebungen 48 als schräg
zur Rotationsachse 28 angeordnete Schaufeln ausgebildet, welche
neben der Steigerung der Kühlwirkung gleichzeitig die Funktion
der Förderung der Kühlluft übernehmen.As is apparent from Fig. 2, the
Aus Fig. 3 geht ein Hohlkörper 10 hervor, durch den sich ein
einziges ungeteiltes feststehendes rohrförmiges Bauteil (Rohr
52) erstreckt, an dessen einem Ende sich eine axiale
Eintrittsöffnung 30 und an dessen anderem Ende sich eine axiale
Austrittsöffnung 32 befindet. Das Rohr 52 enthält im Inneren
des Hohlkörpers 10 an seinem der Eintrittseite zugewandten Ende
Durchlässe 54, die den Austritt des Kühlmittels aus dem Rohr 52
in den Hohlkörper 10 ermöglichen. Das Rohr 52 enthält im
Inneren des Hohlkörpers 10 an seinem der Austrittseite
zugewandten Ende Durchlässe 56, die den Eintritt des
Kühlmittels aus dem Hohlkörper 10 in das Rohr 52 ermöglichen.
Dies wird durch Pfeile veranschaulicht. Um einen
Flüssigkeitsdurchfluss durch den mittleren, zwischen den
Durchlässen 54, 56 liegenden Abschnitt des Rohres 10 zu
vermeiden, kann dieser Abschnitt durch eine nicht gezeigte
Barriere verschlossen oder durch eine Drosselstelle eingeengt
sein. Die Lagerung und Dichtung des Hohlkörpers 10 erfolgt auch
hier (wie in Fig. 1 dargestellt) durch zwei Lager 16 und 22 und
zwei Dichtungen 20 und 22. Durch die Verwendung lediglich eines
durchgehenden Rohres 10 ergibt sich eine stabilen Lagerung und
zuverlässige Dichtung.3 shows a
Um die am Wärmeaustausch zwischen der Hohlkörperwandung und der
durchströmenden Flüssigkeit zu erhöhen, ist es zweckmäßig die
beteiligte Oberfläche im Inneren des Hohlkörpers 10 zu
vergrößern. Zu diesem Zweck sind an der Innenwandung des
Hohlkörpers 10 eine Vielzahl von Erhebungen 58 und dazwischen
liegenden Vertiefungen 60 vorgesehen, die mit dem Hohlkörper in
gutem wärmeleitenden Kontakt stehen und vorzugsweise in den
Hohlkörper 10 integriert sind.In order for the heat exchange between the hollow body wall and the
flowing fluid to increase, it is appropriate
involved surface inside the
Es ist auch hier von besonderem Vorteil, die Erhebungen 58 als
schräg zur Rotationsachse 28 angeordnete Schaufeln auszubilden,
so dass sie die Funktion der Förderung der Flüssigkeit zum Teil
oder gänzlich übernehmen können.It is also of particular advantage here that the
An dem Austrittstutzen 14 des Hohlkörpers 10 ist drehfest eine
Keilriemenscheibe 62 montiert, welche dem Drehantrieb des
Hohlkörpers 10 dient. Die Lagerung der Keilriemenscheibe 62
wird durch das Lager 22 des Hohlkörpers 10 mit übernommen. Als
Antriebsmittel kommen an Stelle der Keilriemenscheibe 62 auch
andere Elemente in Betracht, wie z. B. ein Zahnrad, eine
Flachriemenscheibe, ein Zahnriemenrad, ein Kettenrad und
dergleichen. At the
An dem Eintrittstutzen 12 des Hohlkörpers 10 ist drehfest ein
Lüfterrad 64 montiert, welches sich mit dem Hohlkörper 10
mitdreht und die Aufgabe hat, einen Luftstrom über die
Oberfläche des Hohlkörpers 10 zu blasen und den Hohlkörper 10
zu kühlen. Hierdurch wird ein gesondert angetriebenes Gebläse
oder Lüfterrad überflüssig. Die Lagerung des Lüfterrades 64
wird durch das Lager 20 des Hohlkörpers 10 mit übernommen.At the
In Strömungsrichtung vor dem Lüfterrad 64 und hinter dem
Lüfterrad 64 ist je ein feststehendes, sich nicht drehendes
Leitgehäuse 66, 68 angedeutet, welche der Führung des
Luftstromes dienen. In vielen Anwendungsfällen ist es
ausreichend lediglich ein Leitgehäuse 66 vor dem Lüfterrad 64
oder ein Leitgehäuse 68 hinter dem Lüfterrad 64 vorzusehen.In the flow direction in front of the
In Fig. 4 ist ein Hohlkörper 10 dargestellt, an dessen
zylindrischer Innenseite in einem mittleren bereich ein sich
mitdrehendes Pumpenrad 70 montiert ist. Das Pumpenrad 70 kann
gegebenenfalls einteilig mit dem Hohlkörper 10 in einem
Spritzgussverfahren hergestellt sein. Die Lagerung des
Pumpenrades 70 wird durch die Lager 16, 22 des Hohlkörpers 10
mit übernommen. Dem Pumpenrad 70 kommt die Aufgabe zu, die
Flüssigkeit durch den Hohlkörper 10 zu fördern. Hierdurch wird
eine gesonderte Flüssigkeitspumpe überflüssig.In Fig. 4, a
In Strömungsrichtung vor dem Pumpenrad 70 und hinter dem
Pumpenrad 70 ist in dem Hohlkörper 10 je ein mit dem Rohr 10
verbundenes feststehendes, sich nicht drehendes Leitrad 72, 74
angedeutet, welche der Führung des Flüssigkeitsstromes dienen.
In vielen Anwendungsfällen ist es ausreichend lediglich ein
Leitrad 72 vor dem Pumpenrad 70 oder ein Leitrad 74 hinter dem
Pumpenrad 70 vorzusehen. Die Anwendung von Leiträdern 72, 74
kann es aus Montagegründen erforderlich machen, den Hohlkörper
mehrteilig auszubilden.In the direction of flow in front of the
Aus Fig. 5 geht ein Hohlkörper 80 hervor, der lediglich auf
einer Seite einen zur Rotationsachse 81 konzentrischen Stutzen
82 aufweist. Innerhalb des Stutzens 82 sind zwei feststehende,
nicht mit dem Hohlkörper 82 mitrotierende Rohre 84, 86
konzentrisch angeordnet. Durch dass innere der beiden Rohre 84
erfolgt die Kühlmittelzufuhr in den Hohlkörper 82
(Eintrittsöffnung 85). Der Kühlmittelabfluss erfolgt durch den
zwischen dem inneren Rohr 84 und dem äußeren Rohr 86
ausgebildeten Ablaufringkanal 87. Dieser Sachverhalt ist durch
Pfeile verdeutlicht. Der Stutzen 82 ist durch ein Lager 88 auf
dem äußeren Rohr 86 gelagert und durch eine Dichtung 90
gegenüber dem äußeren Rohr 86 abgedichtet. Durch diese
koaxiale, einseitige Flüssigkeitszu- und -abfuhr können Lager
und Dichtungen eingespart werden.5 shows a
Im inneren Rohr 84 sind radiale Überströmkanäle 92 enthalten,
die einen Flüssigkeitsdurchtritt zwischen dem Zulauf und dem
Ablauf zulassen. Aufgrund von unterschiedlichen
Strömungsgeschwindigkeiten im Zulauf und im Ablauf fließt ein
Teil der Flüssigkeit vom Zulauf direkt durch die
Überströmkanäle 92 in den Ablaufringkanal 87 und nicht in das
Innere des Hohlkörpers 80. Des Weiteren sind die Enden des
äußeren Rohres 86 kegelförmig aufgeweitet, so dass die
Rücklaufleitung als Injektor wirkt und somit wie eine
Saugstrahlpumpe arbeitet. Dies hat den Vorteil, dass im Bereich
der Lager- und Dichtstelle ein verringerter Durchmesser bei
gleichbleibendem Volumenstrom im äußeren Kühlkreis möglich
wird.
Im gemäß Fig. 5 nach oben gedrehten äußeren Bereich des
Hohlkörpers 80 befindet sich eine Befüllöffnung 94, die durch
einen Stopfen 96 verschlossen ist. Die Befüllöffnung 94 dient
dem Befüllen und Entlehren des Hohlkörpers 80 und der gesamten
Kühlanlage mit Kühlflüssigkeit.5 turned upward outer region of the
Gemäß eines weiteren in Fig. 5 gezeigten Konstruktionsmerkmals
ist im Inneren des Hohlkörpers 80 eine elastische Membran 98
angeordnet, die einen Teil des vom Hohlkörper 80
eingeschlossenen Volumens von dem anderen Teil des Hohlkörpers
abtrennt und nicht von der Kühlflüssigkeit durchströmt wird.
Die elastische Membran 98 ist durch eine in Fig. 5 schematisch
angedeutete Feder 100 vorgespannt und lässt somit
Volumenänderungen der Flüssigkeit zu, die beispielsweise
aufgrund unterschiedlicher Temperaturen auftreten können.
Alternativ zur Feder 100 oder zusätzlich zur Feder 100 kann der
durch die Membran 98 abgetrennte Teil auch mit einer Gasfüllung
befüllt sein.According to another design feature shown in FIG. 5
there is an
Auch wenn die Erfindung lediglich anhand einiger Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, erschließen sich für den Fachmann im Lichte der vorstehenden Beschreibung sowie der Zeichnung viele verschiedenartige Alternativen, Modifikationen und Varianten, die unter die vorliegende Erfindung fallen. So können beispielsweise viele der in den Figuren dargestellten Merkmale wahlweise miteinander kombiniert werden auch wenn dies nicht im Einzelnen dargestellt ist.Even if the invention is based only on a few Exemplary embodiments have been described, open up for the expert in the light of the above description and the Drawing many different alternatives, modifications and variants which fall under the present invention. So can, for example, many of the shown in the figures Features can be optionally combined with each other even if this is is not shown in detail.
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