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Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher der
Multifunktions- oder auch Multifluidart, der sich insbesondere für Automobile
eignet.
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Sie betrifft insbesondere einen Wärmetauscher
mit einem einzigen Bündel
von Rohren und Rippen, der in zumindest zwei Teile geteilt ist,
die geeignet sind, von verschiedenen Kühlfluiden durchflossen zu werden,
die dazu bestimmt sind, durch ein das Bündel überstreichendes gemeinsames
Kühlmedium
gekühlt
zu werden, und bei dem die Enden der Rohre in Sammelplatten aufgenommen
sind, die mit Sammelkästen
verbunden sind.
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Es ist bereits insbesondere aus der
DE 195 09 654 ein Wärmetauscher
dieser Art bekannt, bei dem die Enden der Rohre des Bündels auf
der einen Seite in eine mit zwei Sammelkästen verbundenen Sammelplatte
und auf der gegenüberliegenden
Seite in einer mit zwei anderen Sammelkästen verbundenen Sammelplatte
aufgenommen sind.
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Dieser bekannte Wärmetauscher umfasst ein einzelnes
Rohrbündel,
das in zwei jeweils von unterschiedlichen Fluiden durchflossene
Teile aufgeteilt ist. Jeder der Teile des Bündels entspricht einem Einlasssammelkasten
und einem Auslasssammelkasten für
die Zirkulation des zu kühlenden
Fluids.
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Bei dem in dem vorgenannten Dokument
beschriebenen Ausführungsbeispiel
bestehen die zwei Fluide aus einem Speiseluftstrom beziehungsweise einem
Brennstoffstrom, die durch ein und denselben Luftstrom gekühlt werden
müssen,
der das Bündel überstreicht.
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Dieser bekannte Wärmetauscher kann nur in dem
Fall auf zuverlässige
Weise funktionieren, wenn die zwei zu kühlenden Fluide nahe aneinanderliegende
Temperaturen aufweisen.
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Wenn dahingegen die zwei Fluide sehr
unterschiedliche Temperaturen aufweisen müssten, würden die Rohre des ersten Teils
des Bündels
und die Rohre des zweiten Teils des Bündels unterschiedliche Ausdehnungen
aufweisen, die auf Höhe
der Enden der Rohre Spannungen mit sich bringen würden.
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Da diese Enden jedes Mal in ein und
demselben Sammelkasten aufgenommen sind, könnten diese Spannungen eine
Deformation oder auch einen Bruch dieses Sammelkastens zur Folge
haben.
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Dieser bekannte Wärmetauscher kann daher nicht
verwendet werden, wenn die zwei zu kühlenden Fluide sehr unterschiedliche
Temperaturen aufweisen, wie es der Fall ist, wenn einer der Teile
des Bündels
einen Kühler
eines Wärmekraftmotors
bildet und ein anderer Teil des Bündels einen Kühler für die Aufladeluft
des Motors bildet.
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Das Aufladen eines Wärmekraftmotors
besteht nämlich
darin, diesen mit komprimierter Luft und nicht direkt mit atmosphärischer
Luft zu versorgen, um die in den Verbrennungskammern zur Verfügung stehende
Sauerstoffmasse zu erhöhen.
Die Kompression der Luft geht einher mit einer starken Temperaturerhöhung, die
Werte von 150°C
oder mehr erreichen kann.
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Diese Werte sind viel größer als
diejenigen des Kühlfluids
des Motors, die im Normbereich von dem Umgebungswert beim Anlassen
des Motors bis zu einem Bereich von ungefähr 80 bis 100°C reichen.
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Die FR 2 712 674 zeigt einen von
zwei unterschiedlichen Fluiden durchflossenen Wärmetauscher. Die Erfindung
hat insbesondere zur Aufgabe, die vorgenannten Nachteile zu überwinden.
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Sie zielt insbesondere darauf, einen
multifunktionellen Wärmetauscher
bereitzustellen, der von unterschiedlichen Fluiden durchflossen
werden kann, die sehr unterschiedliche Temperaturen haben können, und
dies ohne Gefahr einer Schädigung
des Bündels
aufgrund von Phänomenen
unterschiedlicher Wärmeausdehnung.
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Sie zielt insbesondere darauf, einen
Wärmetauscher
dieser Art bereitzustellen, der dazu verwendet werden kann, zugleich
für die
Kühlung
eines Automobilmotors und die Kühlung
der Aufladeluft des Motors zu sorgen.
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Die Erfindung schlägt hierzu
einen Wärmetauscher
der in der Einleitung definierten Art vor, bei dem an jedem Ende
des Bündels
die Enden der Rohre mit zumindest zwei unterschiedlichen Sammelplatten
verbunden sind, die voneinander durch ein Rohr des Bündels, das
so genannte "inaktive" Rohr, getrennt sind,
und bei dem die zwei Sammelplatten jeweils mit unterschiedlichen
Sammelkästen
zusammengefügt
sind, die geeignet sind, jeweils von den Fluiden durchquert zu werden.
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Der Wärmetauscher der Erfindung umfasst somit
ein einzelnes Bündel
von Rohren und Rippen; dieses Bündel
ist aber in zwei Teile geteilt, so dass die Enden der jeweils den
zwei Teilen zugehörigen Rohre
in zwei unterschiedlichen Sammelplatten aufgenommen sind und nicht
in einer einzelnen Sammelplatte wie beim Stand der Technik.
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Diese zwei unterschiedlichen Platten
sind jedes Mal voneinander durch ein Rohr des Bündels getrennt, das als das "inaktive Rohr" bezeichnet wird, denn
dieses Rohr wird nicht von irgendeinem Fluid durchflossen und spielt
einfach die Rolle einer Wärmebarriere
zwischen den Sammelplatten.
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Daraus ergibt sich, dass selbst wenn
die zwei Teile des Bündels
von Fluiden mit sehr weit voneinander entfernten Temperaturen durchflossen
werden, kein Risiko einer Schädigung
auftritt, weil die zwei Teile völlig
unterschiedliche Sammelplatten und Sammelkästen aufweisen.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung wird das Bündel
durch eine wechselnde Stapelung flacher Rohre und Rippen gebildet,
die in Form welliger Einschübe
ausgeführt
sind.
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Die vorgenannten flachen Rohre sind
vorteilhafterweise mehrkanalig.
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Die Sammelplatten und die Sammelkästen können entweder
mechanisch unter Einsetzung einer Dichtung oder durch Hartlöten zusammengefügt werden.
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Die Erfindung betrifft insbesondere
den Fall, dass das Bündel
zwei Teile umfasst, die geeignet sind, von ein und demselben Kühlluftstrom überstrichen
zu werden. Dieses Bündel
könnte
natürlich mehr
als zwei Teile umfassen, die immer von ein und demselben Kühlluftstrom überstrichen
werden.
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Bei einer bevorzugten Anwendung der
Erfindung bildet ein Teil des Bündels
einen Kühler
eines Wärmekraftmotors
und ein anderer Teil des Bündels einen
Kühler
für die
Aufladeluft des Motors.
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In der folgenden Beschreibung, die
nur ein Beispiel darstellt, wird nur auf die beigefügte Zeichnung
Bezug genommen, in der die einzige Figur eine zerlegte Teilperspektivansicht
eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers
darstellt.
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Der in der beigefügten Zeichnung dargestellte
Wärmetauscher
umfasst ein einzelnes Bündel 1, das
durch eine abwechselnde Stapelung flacher Rohre 2 und Rippen 3 gebildet
wird, die aus gewellten Einschüben
bestehen.
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Die Rohre 2 sind so genannte "doppelkanalige" Rohre, die durch
Falzen und Hartlöten
eines Metallblechs, insbesondere auf Aluminiumbasis, erhalten wird.
Jedes der Rohre definiert im Inneren zwei parallele Kanäle 4 für die Zirkulation
eines Fluids.
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Die Rippen 3 werden üblicherweise
aus dem gleichen metallischen Material geformt und durch Hartlöten mit
den Rohren 2 verbunden.
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Die Rohre des Bündels sind identisch zueinander
und in eine erste Reihe von Rohren 2a, die dazu bestimmt
ist, von einem ersten Fluid F1 durchflossen zu werden, und eine
zweite Reihe von Rohren 2b, die dazu bestimmt ist, von
einem zweiten Fluid F2 durchflossen zu werden, unterteilt.
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Im Beispiel besteht das erste Fluid
F1 aus der Kühlflüssigkeit
(üblicherweise
mit einem Frostschutzmittel behandeltes Wasser) eines Wärmekraftmotors,
insbesondere eines Automobils. Das zweite Fluid F2 besteht aus der
Aufladeluft des Wärmekraftmotors.
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Es sei hier daran erinnert, dass
das Aufladen eines Wärmekraftmotors
darin besteht, diesen mit komprimierter Luft und nicht direkt mit
atmosphärischer
Luft zu versorgen, um die in den Verbrennungskammern zur Verfügung stehende
Sauerstoffmasse zu erhöhen.
Die Kompression der Luft geht mit einer starken Temperaturerhöhung einher
und es ist daher notwendig, diese Luft zu kühlen.
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Die Rippen definieren zwischen den
Rohren Freiräume
für die
Zirkulation eines Kühlluftstroms
F3, der allen Rohren des Bündels
gemein ist.
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Das Bündel 10 umfasst ein
besonderes Rohr 2i, das so genannte "inaktive" Rohr, das die Rohre 2a von
den Rohren 2b trennt. Dieses inaktive Rohr bildet eine
Wärmebarriere,
die einen ersten Teil P1 des Bündels,
der aus den Rohren 2a und den zugehörigen Rippen besteht, und einen
zweiten Teil P2 des Bündels,
der aus den Rohren 2b und den zugehörigen Rippen besteht, trennt.
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Das Fluid F1 und das Fluid F2 können nämlich sehr
unterschiedliche Temperaturen aufweisen, die in dem Bündel Spannungen
hervorrufen können. Beispielsweise
kann die Temperatur des Fluids F1 (Kühlflüssigkeit) vom Umgebungswert
bis zu etwa 100°C
variieren, während
das Fluid F2 (Aufladeluft) Temperaturen in der Größenordnung
von 150°C
oder mehr annimmt, was zu Phänomenen
unterschiedlicher Wärmeausdehnung
zwischen den Rohren 2a und den Rohren 2b führt.
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Die Rohre 2a besitzen Enden 5a,
die auch "Rohrfüße" genannte werden
und in Öffnungen
einer Sammelplatte 6 aufgenommen werden, die auch "Kollektor" genannt wird und
mit einem Sammelkasten 7 zusammengebaut wird. Die von der
Sammelplatte 6 und dem Sammelkasten 7 gebildete
Einheit begrenzt ein Volumen, das als Einlasskammer (oder Auslasskammer)
für das
Fluid F1 dient.
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Die Sammelplatte 6 umfasst
einen peripheren Rand 8, der eine Rinne begrenzt, in der
eine periphere Randleiste 9 des Sammelkastens 7 unter
Einsetzung einer Dichtung 10 aufgenommen wird. Der Rand 8 der
Sammelplatte 6 wird gekerbt und zur Randleiste 9 des
Sammelkastens 16 umgeschlagen, um umgefaltete Klauen 11 zu
bilden.
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Die Rohre 2b weisen jeweilige
Enden 5b auf, die in den Öffnungen einer weiteren Sammelplatte 12 aufgenommen
werden, die von der Sammelpatte 6 verschieden ist und von
dieser letzteren durch das inaktive Rohr 2i getrennt ist.
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Die Sammelplatte 12 wird
ebenso mit einem weiteren Sammelkasten 13 zusammengebaut.
Die Sammelplatte 12 umfasst einen peripheren Rand 14, der
eine periphere Rinne begrenzt, in der eine periphere Randleiste 15 des
Sammelkastens 13 unter Einsetzung einer Dichtung 16 aufgenommen
wird.
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Die Sammelplatte 12 und
der Sammelkasten 13 definieren gemeinsam ein Volumen, das
als Einlasskammer (oder Auslasskammer) für das Fluid F2 dient.
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Daraus ergibt sich, dass die von
der Sammelplatte 6 und dem Sammelkasten 7 einerseits
gebildete Einheit und die von der Sammelplatte 12 und dem
Sammelkasten 13 andererseits gebildete Einheit völlig verschieden
sind, obwohl sie an das gleiche Rohrbündel angeschlossen sind.
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Wenn die Rohre 2a und die
Rohre 2b von Fluiden durchflossen werden, die sehr unterschiedliche
Temperaturen aufweisen und somit Phänomenen erheblich unterschiedlicher
Ausdehnungen unterliegen, hat dies folglich keine Spannung auf Höhe der Sammelplatten
und der Sammelkästen
zur Folge.
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Die Erfindung gestattet es somit,
diese Phänomene
unterschiedlicher Wärmeausdehnung
loszuwerden, während
der Vorteil der Verwendung eines einzigen aus völlig identischen Rohren bestehenden Bündels beibehalten
wird. Da der Wärmetauscher verschiedene
Sammelkästen
umfasst, ist es möglich, diese
letzteren aus unterschiedlichen Materialien herzustellen. Der Sammelkasten 7 kann
zum Beispiel aus Kunststoffmaterial und der Sammelkasten 13 aus
metallischem Material hergestellt sein.
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Die Figur der Zeichnung zeigt ein
einzelnes Ende des Bündels.
Dieses letztere umfasst ein gegenüberliegendes Ende, das mit
zwei weiteren analogen Sammelplatten und ebenso mit zwei weiteren analogen
Sammelkästen
versehen ist.
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Die Erfindung ist natürlich nicht
auf die zuvor als Beispiel beschriebene Ausführungsform beschränkt.
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Es versteht sich folglich, dass der
Zusammenbau einer Sammelplatte und eines Sammelkastens nicht nur
auf mechanischem Weg erfolgen kann, das heißt unter Einsetzung einer Dichtung
wie oben beschrieben, sondern auch durch Hartlöten.
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Der erfindungsgemäße Wärmetauscher kann außerdem mehr
als zwei Teile umfassen, um von mehr als zwei unterschiedlichen
Flüssigkeiten durchflossen
zu werden. In einem solchen Fall müssen zumindest zwei inaktive
Rohre vorgesehen werden, die zumindest drei verschiedene Rohrreihen des
Bündels
trennen.
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Die Erfindung ist ebenso nicht auf
den besonderen Fall eines Wärmetauschers
begrenzt, der einen Teil, der den Kühler eines Wärmekraftmotors bildet,
und einen anderen Teil, der den Kühler für die Aufladeluft dieses Motors
bildet, umfasst.