EP1520148B1 - Vorrichtung zum wärmeaustausch zwischen strömungsfähigen medien - Google Patents

Vorrichtung zum wärmeaustausch zwischen strömungsfähigen medien Download PDF

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EP1520148B1
EP1520148B1 EP03729966A EP03729966A EP1520148B1 EP 1520148 B1 EP1520148 B1 EP 1520148B1 EP 03729966 A EP03729966 A EP 03729966A EP 03729966 A EP03729966 A EP 03729966A EP 1520148 B1 EP1520148 B1 EP 1520148B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
passage
chamber
channel
flat pipe
pressure limiting
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP03729966A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP1520148A1 (de
Inventor
Mark Graeme Keen
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hydac SA
Original Assignee
Hydac SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hydac SA filed Critical Hydac SA
Publication of EP1520148A1 publication Critical patent/EP1520148A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1520148B1 publication Critical patent/EP1520148B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F27/00—Control arrangements or safety devices specially adapted for heat-exchange or heat-transfer apparatus
    • F28F27/02—Control arrangements or safety devices specially adapted for heat-exchange or heat-transfer apparatus for controlling the distribution of heat-exchange media between different channels
    • 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
    • F28D1/00—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators
    • F28D1/02—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid
    • F28D1/04—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits
    • F28D1/053—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits the conduits being straight
    • F28D1/0535—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits the conduits being straight the conduits having a non-circular cross-section
    • F28D1/05366—Assemblies of conduits connected to common headers, e.g. core type radiators
    • F28D1/05383—Assemblies of conduits connected to common headers, e.g. core type radiators with multiple rows of conduits or with multi-channel conduits
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • 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
    • F28F9/001—Casings in the form of plate-like arrangements; Frames enclosing a heat exchange core
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2250/00—Arrangements for modifying the flow of the heat exchange media, e.g. flow guiding means; Particular flow patterns
    • F28F2250/06—Derivation channels, e.g. bypass

Definitions

  • the invention relates to a device for heat exchange between fluid media, of which at least one is in the liquid state.
  • the turbulence causing components cause a certain throttling of the liquid flow, so that between the input side Inflow chamber for the liquid to be cooled and the output side outflow chamber of the liquid builds up a dependent of the throttling differential pressure.
  • the viscosity of which is highly temperature-dependent the viscosity of which is highly temperature-dependent, the correspondingly high viscosity of the liquid due to the throttling in the operating phases in which the liquid in question has a low temperature, for example during start-up phases in which the operating fluid in question is still cold Fluid paths of the device lead to excessive pressure increase.
  • a bypass device between inflow and outflow chamber of the device which is normally closed, but has a pressure limiting device, which allows the secondary flow of the liquid until, when the Cooling liquid has reached its operating temperature and the viscosity has decreased accordingly, the differential pressure at the device has dropped to a safe value, in which the secondary flow is blocked and the liquid flows through only the fluid paths for the heat exchange.
  • a cooling device for fluid media in particular water cooler for oil-operated hydraulic systems and internal combustion engines, in which the medium to be cooled II is brought under heat exchange in indirect contact with the cooling medium I, with a per se known oil-air cooler with connection piece for the inlet and outlet of the medium II in a heat sink having a plurality of spaced, parallel cooling channels, the interstices are filled with fins, through which the medium flows through 1 turbulent and at the with the Connection piece provided longitudinal sides a lid is provided, which in the region of the connection piece is fastened and has internal and external seals, and with an approximately hollow cuboid cast body with a plurality of chambers and nozzles for the inlet and outlet of the medium I, in which the oil-air cooler is inserted and fixed substantially form-fitting manner such that in use the outer edge of the lid over a seal sealingly rests on the housing edge.
  • a generic device for heat exchange between fluid media of which at least one is in a liquid state, with a heat exchanger block, on one side by an inflow and on the opposite side by a discharge chamber for supply or the discharge of the liquid medium is limited, the fluid paths for the liquid medium, which extend through the block from the inflow to the outflow chamber and are separated by flow paths located therebetween for the passage of the other flowable medium, and a cover plate having overlapping the fluid paths and flow paths extending from the inflow chamber to the outflow chamber and terminating the block at one end, the cover plate having at least one inner passageway, the fluid paths immediately as Maustromkanal from the inflow to the outflow first extends, by at least one pressure limiting device lockable and by opening the device due to a prevailing between inflow and outflow chamber, a predetermined threshold exceeding pressure difference is releasable.
  • the oil cooler is formed einflutig, so that when the oil has operating temperature and is to cool instead of a bridging line in the cover plate of the radiator, the oil in the return flow through the other fluid paths within the heat exchanger block from the inflow towards Outflow chamber is guided out. Accordingly, all fluid paths of the tube bundle of the heat exchanger block are flowed through in one direction by the oil.
  • a tube bundle of the heat exchanger block allows the flow of oil supplied via an oil inlet from the outflow chamber in the direction of the inflow chamber, which serves as a reversing chamber and another second tube bundle allows the return of the oil from the inflow chamber back to the outflow chamber and from there to an oil outlet.
  • For separating the fluid flows serves a partition wall within the outflow chamber, which separates them so far in about the same size sub-chambers.
  • the invention has the object, while maintaining the advantages in the prior art, the known devices further improve to the effect that they are characterized by a particularly simple structure that can be implemented easily and inexpensively, and yet To a great extent a functionally reliable use is achieved at a wide variety of temperatures of the medium to be cooled.
  • this object solves a device having the features of claim 1 in its entirety.
  • the apparatus comprises a heat exchanger block in which the fluid paths for the heat exchange fluid extend between an inflow chamber bounding the block on one side and an outflow chamber bounding the block on the opposite side; wherein fluid paths and flow paths for passing the other fluid medium, such as the cooling air, alternate with each other, i. in the block on each other.
  • a cover plate is provided as the upper end of the block.
  • the cover plate has two through channels, the fluid paths immediately, extend as bypass channels from the inflow to the Auströmhunt, the respective passage depending on the pressure difference between inflow and outflow chamber by means of a pressure limiter lockable or releasable , According to the invention therefore provided as a safety device against a build-up of excess pressure respective bypass device is integrated in the cover plate of the heat exchanger block. This leads to a substantial simplification of the structure of the device, which is simple and inexpensive to produce in aspired.
  • the preparation of the device is particularly simple, which is provided as a cover plate, a portion of a hollow profile body formed by extrusion in the form of a flat tube, which is closed at both ends by a closure plate.
  • the strand of the flat tube forming hollow profile body is extruded so that the flat tube has the two inner through channels.
  • the wall of the flat tube is provided with appropriate fürgansgbohrungen that allow in the end regions of each passage channel fluid communication to the inflow and outflow chamber, wherein for each passage of the flat tube at least ever seen a pressure relief device before. These are each arranged in one of the through holes in the flat tube.
  • the respective pressure limiting device may also consist of a controlled by pressure and / or temperature closing part, for example in the form of a temperature-dependent expansion element. If the medium to be cooled is cold, it also builds up a correspondingly high pressure in the device and the pressure limiting device has to release the bypass function of the cooler. If the temperature of the medium to be cooled then increases and is thus highly fluid, it can flow directly through the cooler, bypassing the bypass function, in which the closing part closes the bypass at a higher temperature.
  • a pertinent closure part can be realized, for example, by an expansion element and the bypass device according to the invention can also be subsequently connected to existing radiators.
  • a check valve in the form of a spring-loaded poppet valve is provided as a pressure limiting device for each passage.
  • the fluid paths and the flow paths forming components can each be superposed to form a block with a desired number of elements are soldered, at the same time forming the Crowström listening Cover plate can be fixed at the top of the block by soldering.
  • the cover plate forming flat tube is connected at the ends of the passageway or the passageways through a closure plate, which is soldered when soldering the heat exchanger block with.
  • the closure plates preferably have a passage formed therein allowing fluid communication between the passageways. This passage may be formed by an elongated recess formed in the closure plates and extending over the ends of the passageways located in the flat tube.
  • Fig. 1 which shows a highly simplified schematic representation of an embodiment of the invention in the form of a liquid / air cooler in block design, are an inflow chamber for the supply of the liquid to be cooled and an outflow chamber for dispensing the liquid with 1 and 3 respectively designated.
  • the heat exchanger block has alternating, superimposed heat exchange elements plate-shaped, namely fluid guide body 5, the inner fluid paths 7 contain, through which flows the liquid to be cooled from the inflow chamber 1 to the outflow chamber 3, and grid body 8, form the flow paths for cooling air flowing therethrough, the cooling fins of the grid body 8 sweeps.
  • the fluid guide body 5 and the grid body 8 are plate-like components with a square or rectangular outline.
  • the heat exchanger block with lateral inflow chamber 1 and lateral outflow chamber 3 and the stack of fluid guide bodies located between them 5 and grids 8, which components are all soldered together, is completed at the top by a cover plate 9, which is also soldered.
  • This cover plate 9 forms a bypass device for a fluid connection between inflow chamber 1 and outflow chamber 3, bypassing the fluid paths 7 in the fluid guide bodies 5, see the in Fig. 1 and 2 double-line drawn flow arrows, the inflow of liquid from the inflow chamber 1 in the cover plate. 9 and illustrate the flow of liquid from the cover plate 9 in the outflow chamber 3 via spring-loaded ball check valves 11.
  • the normally closed by spring load check valves 11 form a pressure limiting device which releases the liquid flow when the pressure difference between inflow chamber 1 and outflow chamber 3 exceeds a preselected by adjustment of the valve spring force threshold.
  • Fig. 1 only a check valve 11 is shown.
  • a plurality of check valves 11 are provided in the present embodiment, as can be seen from Fig. 2, seen with respect to FIG. 1 vertical viewing direction, the fluid flow of the cover plate 9 formed by the bypass device 11 through the check valves , d. H. in the outflow chamber 3, illustrates.
  • the cover plate 9 is, as can be seen from Fig. 3, formed by a strand portion of an extruded hollow body profile in the form of a flat tube, which is slaughtermat in the present example, that has two inner through-channels 13. Both ends of the cover plate 9 forming flat tube are completed by a respective closure plate 15 which in Fig. 4 is shown in more detail.
  • Through holes in the wall of the cover plate 9 forming flat tube form the fluid connection between inflow chamber 1 and the inner passageways 13 and the fluid connection of the passageways 13 with the outflow chamber 3.
  • the inflow chamber 1 associated through holes, of which in Fig. 1 only one is visible, are designated 17.
  • the outflow chamber 3 associated through holes are designated 19. According to the number of two through-channels 13 provided in the exemplary embodiment, two through-holes 17 are provided on the inflow chamber 1 and two through-holes 19 on the outflow chamber 3 in the present example.
  • a check valve 11 is arranged in each through-bore 19 in order, as already indicated above, to achieve a sufficiently large valve passage cross-section without having to use excessively large valves.
  • the shutter plates 15 are provided with an incorporated, recessed, elongated groove 21.
  • groove 21 extends over the ends of both passageways 13, as can be seen in comparing FIGS. 3 and 4, thereby forming a passageway providing fluid communication between the passageways 13 produces at both ends.
  • access holes 23 are formed in the wall of the flat tube forming the cover plate 9 and corresponding to the respective non-return valve 11 1 and 3.
  • the access bores 23 can be locked by a closure part 25, which may be a screwed-in cover part or the like.
  • the respective pressure-limiting device 11 may also consist of a controlled by pressure and / or temperature closing part, for example in the form of a temperature-dependent expansion element.
  • the medium to be cooled is cold, it also builds up a correspondingly high pressure in the device and the pressure limiting device 11 has to release the bypass function of the cooler. If the temperature of the medium to be cooled then increases and is thus highly fluid, it can flow directly through the radiator, bypassing the bypass function, in that the closing part closes the bypass at a higher temperature.
  • a pertinent closure member can be realized, for example, by an expansion element accordingly.
  • the bypass device according to the invention can also be subsequently connected to existing radiator, since preferably the bypass device has a height which corresponds to a fluid channel 7 and a subsequent lamellar channel 8 in the overall height.
  • the space-standardized bypass device is retrofitted and welded, so that retrofitting with the bypass device is readily possible without the cooling capacity of the thus converted cooling device would be substantially reduced.

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Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Wärmeaustausch zwischen strömungsfähigen Medien, von denen zumindest eines in flüssigem Zustand ist.
  • Bekannte Vorrichtungen (DE-A-196 51 988), die dazu dienen, den thermischen Zustand einer sie durchströmenden Flüssigkeit zu beeinflussen, finden in der Technik weit verbreitete Anwendung, insbesondere in Form von Flüssigkeits/Luft-Kühlern. Bei der Anwendung in Verbindung mit Hydraulikanlagen oder Fertigungseinrichtungen, wobei Betriebsfluide wie Hydrauliköl, Schmierstoffe oder Kühl-Schmierstoffe mittels Kühlluft gekühlt werden sollen, die durch die Vorrichtung hindurch geführt wird, sind Vorkehrungen erforderlich, um Betriebsstörungen oder das Versagen der Vorrichtung aufgrund der Temperaturabhängigkeit der Viskosität der zu kühlenden Flüssigkeit zu vermeiden. Um den Wirkungsgrad des Wärmeaustausches zu optimieren, sind in den Fluidwegen, die die zu kühlende Flüssigkeit innerhalb der Vorrichtung durchströmt, üblicherweise Turbulenz erzeugende Schaufeln oder Lamellen angeordnet, die von der Flüssigkeit umströmt werden müssen, die hierbei verwirbelt wird, so dass sämtliche Bestandteile des Flüssigkeitsstromes mit den den Fluidweg umgebenden Wänden für den Wärmeaustausch in Kontakt kommen.
  • Die die Verwirbelung bewirkenden Bauelemente bewirken eine gewisse Drosselung des Flüssigkeitsstromes, so dass sich zwischen der eingangsseitigen Einströmkammer für die zu kühlende Flüssigkeit und der ausgangsseitigen Ausströmkammer der Flüssigkeit ein von der Drosselung abhängiger Differenzdruck aufbaut. Bei zu kühlenden Flüssigkeiten, deren Viskosität stark temperaturabhängig ist, kann während Betriebsphasen, in denen die betreffende Flüssigkeit eine niedrige Temperatur hat, also beispielsweise während Anfahrphasen, in denen das betreffende Betriebsfluidum noch kalt ist, die entsprechend hohe Viskosität der Flüssigkeit aufgrund der Drosselung in den Fluidwegen der Vorrichtung zu einem übermäßigen Druckanstieg führen. Um solche Überdrücke, die zu Störungen oder Beschädigungen führen könnten, zu vermeiden, ist üblicherweise eine Nebenstromeinrichtung zwischen Einströmkammer und Ausströmkammer der Vorrichtung vorgesehen, die normalerweise geschlossen ist, jedoch eine Druckbegrenzungseinrichtung aufweist, die den Nebenstrom der Flüssigkeit solange ermöglicht, bis, wenn die zu kühlende Flüssigkeit ihre Betriebstemperatur erreicht hat und sich die Viskosität entsprechend verringert hat, der Differenzdruck an der Vorrichtung auf einen sicheren Wert abgesunken ist, bei dem der Nebenstrom gesperrt wird und die Flüssigkeit ausschließlich die Fluidwege für den Wärmeaustausch durchströmt.
  • Durch die DE-A-41 06 963 ist eine Kühlvorrichtung für fluide Medien bekannt, insbesondere Wasserkühler für mit Öl betriebene Hydraulikanlagen und Verbrennungsmotoren, bei der das zu kühlende Medium II unter Wärmeaustausch in indirekten Kontakt mit dem Kühlmedium I gebracht wird, mit einem an sich bekannten Öl-Luftkühler mit Anschlußstutzen für den Ein- bzw. Austritt des Mediums II in einen Kühlkörper, der mehrere voneinander beabstandete, parallel verlaufende Kühlkanäle aufweist, deren Zwischenräume mit Lamellen ausgefüllt sind, durch die das Medium 1 turbulent hindurchströmt und wobei an der mit den Anschlußstutzen versehenen Längsseiten ein Deckel vorgesehen ist, der im Bereich der Anschlußstutzen befestigt ist und innen- und außenliegende Dichtungen aufweist, und mit einem in etwa hohlquaderförmigen Gußkörper mit mehreren Kammern und Stutzen für den Ein- und Austritt des Mediums I, in den der Öl-Luftkühler im wesentlichen formschlüssig derart eingesetzt und befestigt ist, dass im Gebrauchszustand der Außenrand des Deckels über eine Dichtung abdichtend am Gehäuserand anliegt.
  • Hierdurch ergibt sich eine kostengünstig zu realisierende Kühlvorrichtung für fluide Medien mit einem verbesserten Wärmeaustausch; jedoch kann es insbesondere bei den genannten Anfahrphasen, in denen die betreffende Flüssigkeit eine niedrigere Temperatur hat und somit gegebenenfalls eine hohe Viskosität vorliegt, zu Überdrücken und mithin zu Beschädigungen an der bekannten Kühlvorrichtung kommen.
  • Durch die DE 42 32 366 A ist eine gattungsgemäße Vorrichtung zum Wärmeaustausch zwischen strömungsfähigen Medien bekannt, von denen zumindest eines in flüssigem Zustand ist, mit einem Wärmetauscher-Block, der auf einer Seite durch eine Einströmkammer und auf der gegenüberliegenden Seite durch eine Ausströmkammer für Zufuhr bzw. Abfuhr des flüssigen Mediums begrenzt ist, der Fluidwege für das flüssige Medium, die sich durch den Block von der Einströmkammer zur Ausströmkammer erstrecken und durch zwischen ihnen befindliche Strömungswege für das Hindurchleiten des anderen strömungsfähigen Mediums voneinander getrennt sind, sowie eine Deckplatte aufweist, die sich, die Fluidwege und Strömungswege überdeckend, von Einströmkammer zur Ausströmkammer erstreckt und den Block an einem Ende abschließt, wobei die Deckplatte zumindest einen inneren Durchgangskanal aufweist, der sich, die Fluidwege umgehend als Nebenstromkanal von der Einströmkammer zur Ausströmkammer erstreckt, durch zumindest eine Druckbegrenzungseinrichtung sperrbar und durch Öffnen der Einrichtung aufgrund einer zwischen Einströmkammer und Ausströmkammer herrschenden, einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitenden Druckdifferenz freigebbar ist.
  • Gemäß einer Ausführungsform der bekannten Lösung ist der Ölkühler einflutig ausgebildet, so dass, wenn das Öl Betriebstemperatur hat und zu Kühlen ist statt über eine Überbrückungsleitung in der Deckplatte des Kühlers das Öl im Rücklauf über die sonstigen Fluidwege innerhalb des Wärmetauscherblockes von der Einströmkammer in Richtung zur Ausströmkammer hin geführt wird. Demgemäß werden sämtliche Fluidwege des Rohrbündels des Wärmetauscherblockes in der einen Richtung vom Öl durchströmt. Bei einer anderen zweifluidigen Ausführungsform ermöglicht ein Rohrbündel des Wärmetauscherblockes den Vorlauf des über einen Öleinlaß zugeführten Öls von der Ausströmkammer in Richtung der Einströmkammer, die insoweit als Umkehrkammer dient und ein weiteres zweites Rohrbündel erlaubt den Rücklauf des Öls von der Einströmkammer zurück zur Ausströmkammer und von dort zu einem Ölauslass. Zur Trennung der Fluidströme dient eine Trennwand innerhalb der Ausströmkammer, die diese insoweit in etwa gleich große Teilkammern trennt.
  • Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, unter Beibehalten der Vorteile im Stand der Technik die bekannten Vorrichtungen dahingehend weiter zu verbessern, dass sie durch einen besonders einfachen Aufbau ausgezeichnet sind, der sich einfach und kostengünstig realisieren läßt, und dass dennoch in hohem Maße ein funktionssicherer Gebrauch bei unterschiedlichsten Temperaturen des zu kühlenden Mediums erreicht ist.
  • Erfindungsgemäß löst diese Aufgabe eine Vorrichtung, die die Merkmale des Patentanspruches 1 in seiner Gesamtheit aufweist.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist einen Wärmetauscherblock auf, bei dem sich die Fluidwege für die am Wärmeaustausch beteiligte Flüssigkeit zwischen einer den Block auf einer Seite begrenzenden Einströmkammer und einer den Block auf der gegenüberliegenden Seite begrenzenden Ausströmkammer erstrecken; wobei sich Fluidwege und Strömungswege für das Hindurchleiten des anderen strömungsfähigen Mediums, beispielsweise der Kühlluft, miteinander abwechseln, d.h. im Block aufeinanderliegen. Als oberer Abschluß des Blockes ist eine Deckplatte vorgesehen. Dadurch, dass gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 die Deckplatte zwei Durchgangskanäle aufweist, die sich, die Fluidwege umgehend, als Nebenstromkanäle von der Einströmkammer zur Auströmkammer erstrekken, ist der jeweilige Durchgangskanal abhängig von der Druckdifferenz zwischen Einströmkammer und Ausströmkammer mittels einer Druckbegrenzereinrichtung sperrbar oder freigebbar. Erfindungsgemäß ist daher die als Sicherheitseinrichtung gegen einen Aufbau von Überdruck vorgesehene jeweilige Nebenstromeinrichtung in die Deckplatte des Wärmetauscher Blockes integriert. Dies führt zu einer wesentlichen Vereinfachung des Aufbaus der Vorrichtung, die in erstrebter Weise einfach und billig herstellbar ist.
  • Die Herstellung der Vorrichtung gestaltet sich besonders einfach, der als Deckplatte ein Abschnitt eines durch Extrudieren gebildeten Hohlprofilkörpers in Form eines Flachrohres vorgesehen ist, das an beiden Enden durch eine Verschlußplatte abgeschlossen ist. Dabei ist der Strang des das Flachrohr bildenden Hohlprofilkörpers so extrudiert, dass das Flachrohr die beiden inneren Durchgangskanäle aufweist. Die Wand des Flachrohres ist mit entsprechenden Durchgansgbohrungen versehen, die in den Endbereichen jedes Durchgangskanales die Fluidverbindung zur Einströmkammer und Ausströmkammer ermöglichen, wobei für jeden Durchgangskanal des Flachrohres zumindest je eine Druckbegrenzungseinrichtung vor gesehen. Diese sind jeweils in einer der Durchgangsbohrungen in dem Flachrohr angeordnet.
  • Bei der Vorrichtung kann die jeweilige Druckbegrenzungseinrichtung auch aus einem mittels Druck und/oder Temperatur angesteuerten Schließteil bestehen, beispielsweise in Form eines temperaturabhängigen Dehnstoff elementes. Ist das zu kühlende Medium kalt, baut es in der Vorrichtung auch einen entsprechend hohen Druck auf und die Druckbegrenzungseinrichtung hat die Bypass-Funktion des Kühlers freizugeben. Steigt die Temperatur des zu kühlenden Mediums dann an und ist dergestalt dünnflüssig, kann es den Kühler unter Umgehung der Bypass-Funktion unmittelbar durchströmen, in dem bei höherer Temperatur das Schließteil den Bypass verschließt. Ein dahingehendes Schließteil läßt sich beispielsweise durch ein Dehnstoffelement entsprechend realisieren und die erfindungsgemäße Bypass-Vorrichtung läßt sich auch nachträglich an bestehende Kühler anschließen.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist als Druckbegrenzungseinrichtung für jeden Durchgangskanal jeweils ein Rückschlagventil in Form eines federbelasteten Sitzventils vorgesehen.
  • Bei der Fertigung des Wärmetauscher-Blockes können die die Fluidwege und die die Strömungswege bildenden Bauelemente jeweils übereinander liegend zur Bildung eines Blockes mit gewünschter Anzahl von Elementen verlötet werden, wobei gleichzeitig die die Nebenströmeinrichtung bildendende Deckplatte an der Oberseite des Blockes durch Verlöten festgelegt werden kann.
  • Eine besonders einfache Bauweise ergibt sich, wenn das die Deckplatte bildende Flachrohr an den Enden des Durchgangskanales oder der Durchgangskanäle durch eine Verschlußplatte angeschlossen ist, die beim Löten des Wärmetauscher-Blockes mit angelötet wird. Wenn sich die Verschlußplatten über die Enden mehrerer Durchgangskanäle erstrecken, weisen die Verschlußplatten vorzugsweise einen in ihnen ausgebildeten Durchlaß auf, welcher eine Fluidverbindung zwischen den Durchgangskanälen ermöglicht. Dieser Durchlaß kann durch eine in die Verschlußplatten eingearbeitete, langgestreckte Vertiefung gebildet sein, die sich über die Enden der im Flachrohr befindlichen Durchgangskanäle erstreckt.
  • Nachstehend ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles im einzelnen erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1 eine stark schematisch vereinfachte Darstellung eines Ausführungsbeispieles der erfindungsgemäßen Vorrichtung in Form eines Luft/Flüssigkeits-Kühlers;
    • Fig. 2 eine lediglich zur Verdeutlichung der Fluidströmung im Ausführungsbeispiel gedachte Schemaskizze der Nebenstromeinrichtung des Ausführungsbeispieles mit zugeordneten Druckbegrenzungseinrichtungen;
    • Fig. 3 eine Schnittdarstellung eines zweizügigen Flachrohres der Nebenstromeinrichtung des Flachrohres, entsprechend der Schnittlinie III/III von Fig. 1 und
    • Fig. 4 eine Draufsicht der Innenseite einer Verschlußplatte für den endsetitigen Abschluß des in Fig. 3 gezeigten Flachrohres.
  • In Fig. 1, die in stark schematisch vereinfachter Darstellung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in Form eines Flüssigkeits/Luft-Kühlers in Blockbauweise zeigt, sind eine Einströmkammer für die Zufuhr der zu kühlenden Flüssigkeit und eine Ausströmkammer zur Abgabe der Flüssigkeit mit 1 bzw. mit 3 bezeichnet. Zwischen Einströmkammer 1 und Ausströmkammer 3 weist der Wärmetauscher-Block sich abwechselnde, übereinander liegende Wärmetauschelemente plattenförmiger Gestalt auf, nämlich Fluidführungskörper 5, die innere Fluidwege 7 enthalten, durch die die zu kühlende Flüssigkeit von der Einströmkammer 1 zur Ausströmkammer 3 fließt, sowie Gitterkörper 8, die Strömungswege für hindurchströmende Kühlluft bilden, die Kühllamellen der Gitterkörper 8 bestreicht. Die Fluidführungskörper 5 und die Gitterkörper 8 sind plattenartige Bauelemente mit quadratischem oder rechteckigem Umriß.
  • Der Wärmetauscher-Block mit seitlicher Einströmkammer 1 und seitlicher Ausströmkammer 3 und dem zwischen ihnen befindlichen Stapel aus Fluidführungskörpern 5 und Gitterkörpern 8, welche Bauelemente sämtlich miteinander verlötet sind, ist an der Oberseite durch eine Deckplatte 9 abgeschlossen, die ebenfalls aufgelötet ist. Diese Deckplatte 9 bildet eine Nebenstromeinrichtung für eine Fluidverbindung zwischen Einströmkammer 1 und Ausströmkammer 3 unter Umgehung der Fluidwege 7 in den Fluidführungskörpern 5, siehe die in Fig. 1 und 2 doppellienig eingezeichneten Strömungspfeile, die das Einströmen der Flüssigkeit aus der Einströmkammer 1 in die Deckplatte 9 sowie das Strömen der Flüssigkeit aus der Deckplatte 9 in die Ausströmkammer 3 über federbelastete Kugelrückschlagventile 11 verdeutlichen.
  • Die durch Federbelastung normalerweise geschlossenen Rückschlagventile 11 bilden eine Druckbegrenzungseinrichtung, die den Flüssigkeitsdurchstrom freigibt, wenn die Druckdifferenz zwischen Einströmkammer 1 und Ausströmkammer 3 einen durch Einstellung der Ventilfederkraft vorgewählten Schwellenwert übersteigt. In Fig. 1 ist lediglich ein Rückschlagventil 11 gezeigt. Im Interesse eines Ventildurchlaßquerschnittes in gewünschter Größe sind jedoch beim vorliegenden Ausführungsbeispiel mehrere hintereinander liegende Rückschlagventile 11 vorgesehen, wie aus Fig. 2 entnehmbar ist, die mit gegenüber Fig. 1 senkrechter Blickrichtung gesehen die Fluidströmung der durch die Deckplatte 9 gebildete Nebenstromeinrichtung durch die Rückschlagventile 11 hindurch, d. h. in die Ausströmkammer 3 hinein, verdeutlicht.
  • Die Deckplatte 9 ist, wie aus Fig. 3 zu ersehen ist, durch einen Strangabschnitt eines extrudierten Hohlkörperprofiles in Form eines Flachrohres gebildet, das beim vorliegenden Beispiel zweizügig ist, also zwei innere Durchgangskanäle 13 aufweist. Beide Enden des die Deckplatte 9 bildenden Flachrohres sind durch je eine Verschlußplatte 15 abgeschlossen, die in Fig. 4 näher dargestellt ist. Durchgangsbohrungen in der Wand des die Deckplatte 9 bildenden Flachrohres bilden die Fluidverbindung zwischen Einströmkammer 1 und den inneren Durchgangskanälen 13 sowie die Fluidverbindung der Durchgangskanäle 13 mit der Ausströmkammer 3. Die der Einströmkammer 1 zugeordneten Durchgangsbohrungen, von denen in Fig. 1 nur eine sichtbar ist, sind mit 17 bezeichnet. Die der Ausströmkammer 3 zugeordneten Durchgangsbohrungen sind mit 19 bezeichnet. Entsprechend der beim Ausführungsbeispiel vorgesehenen Anzahl von zwei Durchgangskanälen 13 sind beim vorliegenden Beispiel zwei Durchgangsbohrungen 17 an der Einströmkammer 1 und zwei Durchgangsbohrungen 19 an der Ausströmkammer 3 vorgesehen.
  • Wie aus Fig. 2 entnehmbar ist, ist in jeder Durchgangsbohrung 19 ein Rückschlagventil 11 angeordnet, um, wie bereits oben angedeutet, einen ausreichend großen Ventilsdurchtrittsquerschnitt zu erreichen, ohne übermäßig große Ventile verwenden zu müssen. Um an den Enden des die Deckplatte 9 bildenden Flachrohres eine Fluidverbindung zwischen den beiden Durchgangskanälen 13 zu ermöglichen, sind die Verschlußplatten 15 mit einer eingearbeiteten, vertieften, langgestreckten Nut 21 versehen. Bei mit der Deckplatte 9 an den Enden der Durchgangskanäle 13 verlöteten Verschlußplatten 15 erstreckt sich die Nut 21 über die Enden beider Durchgangskanäle 13, wie beim Vergleichen der Fig. 3 und 4 ersichtlich ist, wodurch ein Durchlaß gebildet wird, der eine Fluidverbindung zwischen den Durchgangskanälen 13 an deren beiden Enden herstellt.
  • Um im fertigen Zustand der Vorrichtung einen Zugang zu den als Druckbegrenzungseinrichtung dienenden Rückschlagventilen 11 zu ermöglichen, sind in der Wand des die Deckplatte 9 bildenden Flachrohres Zugangsbohrungen 23 ausgebildet, die dem betreffenden Rückschlagventil 11 jeweils gegenüberliegend ausgebildet sind, siehe Fig. 1 und 3. Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, sind die Zugangsbohrungen 23 durch ein Verschlußteil 25 abschließbar, bei dem es sich um ein eingeschraubtes Deckelteil oder dergleichen handeln kann.
    Bei einer nicht näher dargestellten Ausführungsform der Vorrichtung kann die jeweilige Druckbegrenzungseinrichtung 11 auch aus einem mittels Druck und/oder Temperatur angesteuerten Schließteil bestehen, beispielsweise in Form eines temperaturabhängigen Dehnstoffelementes. Ist das zu kühlende Medium kalt, baut es in der Vorrichtung auch einen entsprechend hohen Druck auf und die Druckbegrenzungseinrichtung 11 hat die Bypass-Funktion des Kühlers freizugeben. Steigt die Temperatur des zu kühlenden Mediums dann an und ist dergestalt dünnflüssig, kann es den Kühler unter Umgehung der Bypass-Funktion unmittelbar durchströmen, indem bei höherer Temperatur das Schließteil den Bypass verschließt. Ein dahingehendes Schließteil läßt sich beispielsweise durch ein Dehnstoffelement entsprechend realisieren.
  • Die erfindungsgemäße Bypass-Vorrichtung läßt sich auch nachträglich an bestehende Kühler anschließen, da vorzugsweise die Bypass-Vorrichtung eine Höhe aufweist, die einem Fluidkanal 7 sowie einem nachfolgenden Lamellenkanal 8 in der Bauhöhe entspricht. Entfernt man mithin bei einer bereits ausgelieferten Kühleinrichtung die dahingehende obere Lamellenreihe nebst Fluidkanal, ist Bauraum geschaffen, um die in der Höhe standardisierte Bypass-Vorrichtung nachträglich anzubringen und anzuschweißen, so daß eine nachträgliche Nachrüstung mit der Bypass-Vorrichtung ohne weiteres möglich ist, ohne daß die Kühlleistung der derart umgebauten Kühlvorrichtung wesentlich reduziert wäre.

Claims (6)

  1. Vorrichtung zum Wärmeaustausch zwischen strömungsfähigen Medien, von denen zumindest eines in flüssigem Zustand ist, mit einem Wärmetauscher-Block, der auf einer Seite durch eine Einströmkammer (1) und auf der gegenüberliegenden Seite durch-eine Ausströmkammer (3) für Zufuhr bzw. Abfuhr des flüssigen Mediums begrenzt ist, der Fluidwege (7) für das flüssige Medium, die sich durch den Block von der Einströmkammer (1) zur Ausströmkammer (3) erstrecken und durch zwischen ihnen befindliche Strömungswege (8) für das Hindurchleiten des anderen strömungsfähigen Mediums voneinander getrennt sind, sowie eine Deckplatte (9) aufweist, die sich, die Fluidwege (7) und Strömungswege (8) überdeckend, von Einströmkammer (1) zur Ausströmkammer (3) erstreckt und den Block an einem Ende abschließt, wobei die Deckplatte (9) zumindest einen inneren Durchgangskanal (13) aufweist, der sich, die Fluidwege (7) umgehend, als Nebenstromkanal von der Einströmkammer (1) zur Ausströmkammer (3) erstreckt, durch zumindest eine Druckbegrenzungseinrichtung (11) sperrbar und durch Öffnen der Einrichtung (11) aufgrund einer zwischen Einströmkammer (1) und Ausströmkammer (3) herrschenden, einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitenden Druckdifferenz freigebbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass als Deckplatte (9) ein Abschnitt eines durch Extrudieren gebildeten Hohlprofilkörpers in Form eines Flachrohres (9) vorgesehen ist, das an beiden Enden durch eine Verschlußplatte (15) abgeschlossen ist, dass in der Wand des Flachrohres (9) in dessen an die Einströmkammer (1) und die Ausströmkammer (3) angrenzenden Endbereichen Durchgangsbohrungen (17, 19) ausgebildet sind, die eine Fluidverbindung zwischen dem zumindest einen Durchgangskanal (13) des Flachrohres (9) und der Einströmkammer (1) und der Ausströmkammer (3) bilden, dass das Flachrohr (9) zwei innere Durchgangskanäle (13) aufweist, die jeder über die Durchgangsbohrungen (17, 19) mit der Einströmkammer (1) bzw. der Ausströmkammer (3) in Verbindung sind, dass für jeden Durchgangskanal (13) des Flachrohres (9) zumindest je eine Druckbegrenzungseinrichtung (11) vorgesehen ist, dass die Druckbegrenzungseinrichtung (11) für jeden Durchgangskanal (13) in einer die Wand des Flachrohres (9) durchdringenden Durchgangsbohrung (17, 19) angeordnet ist, und dass die Druckbegrenzungseinrichtungen (11) jeweils in der den Durchgangskanal (13) mit der Ausströmkammer (3) verbindenden Durchgangsbohrung (19) vorgesehen sind.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Druckbegrenzungseinrichtung jeweils ein Rückschlagventil (11) in Form eines federbelasteten Sitzventiles vorgesehen ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der Wand jedes Durchgangskanales (13) in dem dem Rückschlagventil (11) gegenüberliegenden Bereich eine den Zugang zum Ventil (11) ermöglichende Zugangsbohrung (23) ausgebildet ist, die durch ein Verschlußteil (25) abschließbar ist.
  4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in den die Enden des Flachrohres (9) abschließenden Verschlußplatten (15) ein eine Fluidverbindung zwischen den Durchgangskanälen (13) bildender Durchlaß (21) ausgebildet ist.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchlaß der Verschlußplatten (15) durch eine in sie eingearbeitete, langgestreckte Vertiefung (21) gebildet ist, die sich über die Enden der im Flachrohr (9) befindlichen Durchgangskanäle (13) erstreckt.
  6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweilige Druckbegrenzungseinrichtung (11) aus einem mittels Druck und/oder Temperatur angesteuerten Schließteil besteht.
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