WÄRMEÜBERTRAGUNGSEINHEIT

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Wärmeübertragungseinheit mit einem Kühlmittel durchströmten Kanal und einem von einem zu kühlenden Fluid durchströmten Kanal, die durch eine Wand voneinander getrennt sind, von welcher ausgehend sich Rippen in zumindest einen der beiden Kanäle erstrecken.

[0002] Derartige Wärmeübertragungseinheiten werden beispielsweise zur Abgaskühlung in einem Abgasrückführstrang in einer Verbrennungskraftmaschine verwendet. Die Rippen ragen dabei gewöhnlich in den vom zu kühlenden Fluid durchströmten Kanal. Hierbei gibt es sowohl Ausführungen, bei denen sich die Rippen von den beiden gegenüber liegenden Seiten der Wärmeübertragungseinheit in den Kanal erstrecken als auch Kühlvorrichtungen bei denen sich die Rippen lediglich von einer Seite in den Kanal erstrecken. Die Rippen können dabei unterschiedliche Formen annehmen und sich entweder einteilig entlang der Hauptströmungsrichtung erstrecken oder als einzelne Rippen ausgebildet sein, wobei hier sowohl Stift- als auch Rohrförmige als auch Tragflächenförmige Rippen bekannt sind.

[0003] Der vom Kühlmittel durchströmte Kanal kann sowohl innerhalb des vom zu kühlenden Fluids durchströmten Kanals angeordnet sein als auch diesen im Querschnitt umgeben.

[0004] In Verbrennungskraftmaschinen werden Wärmeübertragungseinheiten beispielsweise zur Luft-, Abgas- oder Ölkühlung verwendet. So dienen Ladeluftkühler zur Verringerung der Verbrennungstemperaturen und somit der entstehenden Stickoxide und Abgaskühler zur Aufheizung der Luft zur schnelleren Erwärmung eines Fahrgastraumes oder im Abgasstrang zur Verminderung der Abgastemperatur eines zu einem Katalysator strömenden Gases. In Abgasrückführleitungen werden mit Hilfe des Abgaskühlers die Abgastemperaturen und somit die Verbrennungstemperatur im Motor herab gesetzt, wodurch wiederum Schadstoffemissionen verringert werden können. Als Kühlmittel kann dabei jeweils das Kühlwasser der Verbrennungskraftmaschine dienen.

[0005] Eine Wärmeübertragungseinheit, welche in einem Abgasrückführsystem einer Verbrennungskraftmaschine angeordnet ist, ist beispielsweise aus der DE 10 2004 019 554 A1 bekannt. Diese besteht aus einem inneren U-förmig von Abgas durchströmten Kanal, der über den gesamten Querschnitt von einem Kühlmittel durchströmten Kanal umgeben ist. Es handelt sich hierbei um einen mehrteilig aufgebauten Druckgusskühler, welcher verschiedene Teilungsebenen aufweist.

[0006] Bei derartigen Wärmetauschern ist sowohl ein hoher Wirkungsgrad bezüglich der zu übertragenden Wärme als auch eine möglichst geringe Versottung gewünscht. Gleichzeitig soll der Druckverlust über die Wärmeübertragungseinheiten möglichst gering gehalten werden.

[0007] Aus der JP 60-050225 ist ein Ladeluftkühler bekannt, bei dem über zwei Klappen die Durchströmung des Kühlers geändert werden kann. Bei geöffneten Klappen wird dieser Kühler über seinen gesamten Querschnitt in einer Richtung durchströmt, während bei geschlossenen Klappen lediglich der gedrittelte Querschnitt über die dreifache Länge durchströmt wird.

[0008] Die bekannten Wärmeübertragungseinheiten weisen jedoch insbesondere bei geringen Durchsätzen und Temperaturdifferenzen lediglich geringe Kühlleistungen und Kühlerwirkungsgrade auf. Insbesondere im Bereich der Abgasrückführung kann es jedoch zur weiteren Reduzierung der Schadstoffemissionen wünschenswert sein, sowohl bei großen als auch bei kleinen Durchsätzen eine hohe Kühlleistung bei geringem Druckverlust zu erzielen.

[0009] Daher ist es Aufgabe der Erfindung, eine Wärmeübertragungseinheit bereit zu stellen, mit der über einen großen Durchsatz- und Temperaturbereich hohe Kühlleistungen beziehungsweise Wirkungsgrade erzielt werden können und gleichzeitig der Druckverlust möglichst gering gehalten wird.

[0010] Diese Aufgabe wird durch den kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs gelöst.
Hierdurch entsteht eine zweistufige Wärmeübertragungseinheit, welche bei geringen Durchsätzen und relativ niedrigen Temperaturdifferenzen zum Kühlmittel dennoch eine hohe Kühlleistung beziehungsweise einen hohen Kühlerwirkungsgrad erreicht, da durch den verringerten durchströmten Querschnitt eine hohe Strömungsgeschwindigkeit durch den Kühler erzielt wird. Eine derartige Bauweise verringert die benötigte axiale Ausdehnung der Wärmeübertragungseinheit, so dass diese kleiner gebaut werden kann.

[0011] Vorzugsweise sind in der Wärmeübertragungseinheit zwei Absperreinrichtungen angeordnet, wobei bei Verschluss des ersten Fluidteileinlasses mittels der ersten Absperreinrichtung, die zweite Absperreinrichtung derart geschaltet ist, dass sich die Kühlstrecke für das Fluid in der Wärmeübertragungseinheit verlängert. Dies bedeutet, dass die Absperreinrichtungen derart angeordnet werden, dass die Wärmeübertragungseinheit durch die zweite Absperrung zum Teil in entgegengesetzter Richtung durchströmt wird. Dies führt zu einer weiteren Verlängerung der wirksamen Kühlstrecke und somit zu einer weiteren Erhöhung des Wirkungsgrades bei geringen Durchsätzen und Temperaturen, während bei geöffneter Absperreinrichtung im Vergleich zu bekannten Kühlern gleich gute Wirkungsgrade mit geringem Druckverlust erzielt werden.

[0012] In einer weiterführenden Ausführungsform weist die Wärmeübertragungseinheit zwei Trennwände auf, welche derart mit den Absperreinrichtungen zusammen wirken, dass der gesamte Kanal in beiden Schaltstellungen der Absperreinrichtungen durchströmt ist, wobei sich die Kühlstrecke bei Verengung des Querschnitts verlängert. Es wird somit der gesamte zur Verfügung stehende Querschnitt der Wärmeübertragungseinheit in beiden Schaltstellungen der Absperreinrichtung genutzt, was wiederum zu einer Wirkungsgraderhöhung führt.

[0013] Vorzugsweise verlängert sich dabei die Kühlstrecke im Wesentlichen im gleichen Maß, wie sich der durchströmte Querschnitt verringert. Dies bedeutet, dass bei Halbierung des durchströmten Querschnittes die Kühlstrecke verdoppelt wird. Dies ist durch Nutzung der gesamten Wärmeübertragungseinheit in beiden Schaltstellungen der Absperreinrichtungen und durch mehrfache Umlenkung erreichbar.

[0014] Die Nutzung der gesamten zur Verfügung stehenden Wärmeübertragungsfläche in beiden Schaltstellungen der Absperreinrichtungen zur Erhöhung des Wirkungsgrades wird insbesondere durch eine Wärmeübertragungseinheit erreicht, bei der sich die erste Trennwand vom Fluideinlass zwischen dem ersten und dem zweiten Fluidteileinlass in Hauptströmungsrichtung in die Wärmeübertragungseinheit bis vor dem zum Fluideinlass entgegengesetzten Ende erstreckt und sich die zweite Trennwand vom Fluidauslass zwischen dem ersten und dem zweiten Fluidteilauslass in Hauptströmungsrichtung in die Wärmeübertragungseinheit bis vor dem zum Fluidauslass entgegengesetzten Ende erstreckt, wobei die erste und die zweite Absperreinrichtung als Klappe ausgebildet sind und die Klappen an den entgegengesetzten Enden der Wärmeübertragungseinheit jeweils zwischen der ersten und der zweiten Trennwand angeordnet sind, wobei die Klappen in beiden Schaltstellungen senkrecht zueinander angeordnet sind. Mit einer derartigen Bauform entsteht ein Kühler, bei dem bei geschlossenem ersten Fluideinlass der durchströmte Querschnitt halbiert ist, wobei gleichzeitig die Kühlstrecke verdoppelt wird. Bei geschlossener erster Klappe wird somit das zu kühlende Fluid durch den verengten Querschnitt in die Wärmeübertragungseinheit einströmen hinter der ersten Trennwand aufgrund der Verschlussstellung der zweiten Absperreinrichtung um 180° umgelenkt, hinter der mittleren Wand wiederum um 180° umgelenkt, was erneut hinter der zweiten Trennwand vollzogen wird. Erst hier kann das Abgas ausströmen.

[0015] Alternativ erstreckt sich die erste Trennwand U-förmig vom Fluideinlass zwischen dem ersten und dem zweiten Fluidteileinlass in Hauptströmungsrichtung bis vor den zweiten Fluidteilauslass und die zweite Trennwand erstreckt sich U-förmig vom Fluidauslass zwischen dem ersten und dem zweiten Fluidteilauslass in Hauptströmungsrichtung bis vor den ersten Fluidteileinlass, wobei die erste und die zweite Absperreinrichtung als Klappe ausgebildet sind, wobei durch die erste Klappe der erste Fluidteileinlass verschließbar ist und durch die zweite Klappe der zweite Fluidteilauslass verschließbar ist, wobei die Klappen parallel zueinander öffnen und schließen. Durch eine derartige Anordnung wird der durchströmte Querschnitt bei geschlossenem ersten Fluidteileinlass gedrittelt und gleichzeitig die Kühlstrecke verdreifacht, so dass bei noch geringeren Durchsätzen bzw. Fluidmassenströmen dennoch durch die lange vorhandene Kühlstrecke und den kleinen Querschnitt eine sehr gute Kühlwirkung erzielt wird. Gleichzeitig kann bei geöffnetem ersten Fluidteileinlass der Druckverlust über den Kühler niedrig gehalten werden.

[0016] Insbesondere bei einer Anwendung einer derartigen Wärmeübertragungseinheit in einer Brennkraftmaschine zur Abgaskühlung werden hohe Kühlerwirkungsgrade unabhängig vom Durchsatz beziehungsweise vorhandenen Temperaturbereich des die Wärmeübertragungseinheit durchströmenden Abgases beziehungsweise Fluides erreicht. Bei hohen vorhandenen Durchsätzen und hohen Temperaturen kann eine hohe Kühlleistung bei geringen Druckverlusten gewährleistet werden. Es vergrößert sich somit der Arbeitsbereich eines derartigen Kühlers.

[0017] in den Figuren sind drei alternative Ausführungsformen erfindungsgemäßer Wärmeübertragungseinheiten dargestellt und werden nachfolgend beschrieben.

Figur 1 zeigt eine Draufsicht einer ersten Ausführung einer erfindungsgemäßen Wärmeübertragungseinheit in geschnittener Darstellung.

Figur 2 zeigt einen Schnitt durch die Wärmeübertragungseinheit gemäß der Fig.1 entlang der Linie A-A

Figur 3 zeigt eine Draufsicht einer alternativen erfindungsgemäßen Wärmeübertragungseinheit.

Figur 4 zeigt eine weitere alternative Ausführung einer erfindungsgemäßen Wärmeübertragungseinheit wiederum in Draufsicht und geschnittener Darstellung.

[0018] Für funktional gleiche Bauteile der verschiedenen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Wärmeübertragungseinheiten werden im Folgenden gleiche Bezugszeichen verwendet.

[0019] In den Figuren 1 und 2 ist eine erste Ausführung einer erfindungsgemäßen Wärmeübertragungseinheit 1 dargestellt welche vorzugsweise als Abgaswärmetauscher in Kraftfahrzeugen verwendet wird. Sie besteht aus einem Außengehäuse 2, in dem ein Innengehäuse 3, welches beispielsweise im Druckgussverfahren herstellbar ist, angeordnet ist. Zwischen dem Innengehäuse 3 und dem Außengehäuse 2 entsteht nach dem Zusammenbau ein vom zu kühlenden Fluid durchströmter Kanal 4. Im Inneren des Innengehäuses 3 ist ein Kühlmittel durchströmter Kanal 5 angeordnet, dessen Ein- und Ausströmstutzen 6, 7 in Figur 2 dargestellt sind und welche in vorliegender Ausführung an einem zu einem Fluideinlass 8 und einem Fluidauslass 9 entgegengesetztem Ende 10 der Wärmeübertragungseinheit angeordnet sind. Der Kühlmittel durchströmte Kanal 5 wird durch eine im Querschnitt umlaufende Wand 11 begrenzt, von der aus sich Rippen 12 in den vom zu kühlenden Fluid durchströmten Kanal 4 erstrecken. Der vom zu kühlenden Fluid durchströmte Kanal 4 ist derart ausgebildet, dass sein Fluideinlass 8 an der gleichen Kopfseite wie der Fluidauslass 9 angeordnet ist, so dass das zu kühlende Fluid am entgegengesetzten Ende 10 um 180° umgelenkt wird. Dementsprechend sind die Rippen 12 in diesem Bereich der Hauptströmungsrichtung folgend angeordnet.

[0020] Um eine derartige U-förmige Durchströmung zu erreichen, ist es notwendig, zwischen dem Fluideinlass 8 und dem Fluidauslass 9 eine sich in Strömungsrichtung in den vom zu kühlenden Fluid durchströmten Kanal 4 erstreckende Wand 13 vorzusehen, welche in einem Abstand vom zum Einlass 8 entgegengesetzten Ende 10 der Wärmeübertragungseinheit 1 endet, der in etwa der Breite des Fluideinlasses 8 beziehungsweise des Fluidauslasses 9 entspricht, so dass keine Strömungsverluste auftreten, sondern lediglich eine Richtungsumkehr des Fluids an diesem Ende 10 erfolgt. Diese Wand 13 ist in ihrer Höhe so ausgestaltet, dass sie bis zum Außengehäuse 2 reicht, wodurch eine Querströmung und ein Überströmen unmittelbar vom Einlass 8 zum Ausiass 9 verhindert wird.

[0021] Wie insbesondere in Figur 1 zu erkennen ist, sind die Rippen 12 in Hauptströmungsrichtung gesehen, jeweils in Reihen nebeneinander angeordnet, wobei mit Abschluss einer ersten Reihe jeweils eine zweite Reihe folgt, deren Rippen 12 zu den Rippen 12 der ersten Reihe versetzt angeordnet sind. Eine derartige Anordnung der Rippen 12 erhöht die Verweilzeit des Fluids in der Wärmeübertragungseinheit und somit dessen Wirkungsgrad, da eine gerade, hindernisfreie Durchströmung für das zu kühlende Fluid nicht mehr möglich ist.

[0022] Erfindungsgemäß weist die Wärmeübertragungseinheit zusätzlich eine erste Trennwand 14 auf, welche sich U-förmig vom Fluideinlass 8 über das Ende 10 zum Fluidauslass 9 erstreckt. Diese Trennwand 14 teilt im vorliegenden Ausführungsbeispiel den Kanal 4 in zwei Teilkanäle 15 und 16 und somit auch den Fluideinlass 8 und den Fluidauslass 9 in zwei in etwa gleich große Fluidteileinlässe 17, 18 und zwei Fluidteilauslässe 19, 20. Der erste Fluidteileinlass 17 wird von einer Absperreinrichtung 21 in Form einer Klappe beherrscht, deren Drehachse 22 im vorliegenden Ausführungsbeispiel in Verlängerung zum Außengehäuse 2 angeordnet ist. Sowohl die Absperreinrichtung 21 als auch die Trennwand 14 erstrecken sich selbstverständlich über die gesamte Höhe der Wärmeübertragungseinheit 1.

[0023] Bei Verwendung einer derartigen Wärmeübertragungseinheit 1 als Abgaskühler ist üblicherweise vor der Wärmeübertragungseinheit 1 ein Abgasrückführventil ausgebildet, so dass unterschiedliche Fluidmassenströme beziehungsweise Abgasmassenströme der Wärmeübertragungseinheit 1 zugeführt werden. Insbesondere bei geringen Abgasmassenströmen und kleineren Temperaturdifferenzen zwischen dem Abgas und dem Kühlmittel ist die Kühlleistung einer Wärmeübertragungseinheit ohne Trennwand 14 und Absperreinrichtung 21 nur sehr gering. Bei der vorliegenden erfindungsgemäßen Ausführung der Wärmeübertragungseinheit 1 wird der erste Fluideinlass 17 durch die Absperreinrichtung 21 verschlossen, so dass der gesamte Massenstrom über den zweiten Fluideinlass 18 zum zweiten Fluidauslass 20 strömt. Hierzu steht im Vergleich zu einer Wärmeübertragungseinheit 1 ohne abschaltbaren Kanal lediglich der halbe Querschnitt zu Verfügung. Hierdurch entstehen zwar etwas höher Druckverluste, weiche durch den geringen Durchsatz jedoch kleiner sind als bei geöffneter Absperreinrichtung 21 und vollem Durchsatz. Des weiteren wird die Kühlleistung und somit der Wirkungsgrad der Wärmeübertragungseinheit 1 im Vergleich zu bekannten Ausführungen bei geringem Durchsatz und verringertem Querschnitt deutlich erhöht. Bei entsprechend großem Fluidmassenstrom wird die Absperreinrichtung 21 geöffnet, so dass der gesamte Querschnitt des Kanals 4 zur Kühlung zur Verfügung steht, so dass keine zu hohen Druckverluste entstehen und gleichzeitig die bekannt gute Kühlwirkung erzielt wird.

[0024] Eine hierzu weiterführende Ausführungsform ist in der Figur 3 dargestellt. Im Vergleich zum ersten Ausführungsbeispiel sind in dieser Wärmeübertragungseinheit 1 zwei Trennwände 23 und 24 angeordnet, wovon sich die erste Trennwand 23 vom Fluideinlass 8 zum entgegengesetzten Ende 10 der Wärmeübertragungseinheit 1 erstreckt und die zweite Trennwand 24 sich vom Fluidauslass 9 zum entgegengesetzten Ende 10 der Wärmeübertragungseinheit 1 erstreckt. Beide Trennwände 23, 24 enden in einem ausreichenden Abstand zum Ende 10, so dass bei Verschluss einer der Fluidteileinlässe 17, 18 ein ausreichender Querschnitt zur Durchströmung des Fluids hinter den Enden der Trennwände 23 und 24 sowie dem Außengehäuse 2 zur Verfügung steht.

[0025] Zwischen den jeweiligen Enden der beiden Trennwände 23, 24 in Verlängerung zur Wand 13 sind Drehachsen 25, 26 angeordnet, auf denen jeweils eine Absperreinrichtung in Form einer Klappe 27, 28 gelagert ist. Die Breite der Klappen 27, 28 entspricht dabei dem Abstand zwischen den beiden Trennwänden 23, 24. Gleichzeitig entspricht der Abstand des Endes der Wand 13 von den Drehachsen 25, 26 jeweils der halben Breite einer solchen Klappe 27, 28, so dass die erste Klappe 27 in ihrer ersten Stellung den ersten Fluidteileinlass 17 sowie den ersten Fluidteilauslass 19 absperrt, während die zweite Klappe 28 in ihrer ersten Endlage um 90° versetzt zur ersten Klappe 27 angeordnet ist und somit in ihrer Breite mit dem einen Ende gegen die Wand 13 anliegt und mit ihrem anderen Ende gegen das Außengehäuse 2 anliegt. In ihrer zweiten Stellung stößt die erste Klappe 27 mit ihren beiden Enden gegen die Trennwände 23 und 24 an.

[0026] ist nun die erste Absperreinrichtung 27 in einer Stellung in der sie gegen die beiden Trennwände 23, 24 anliegt, ist der erste Fluidteileinlass 17 geschlossen. Der Fluidmassenstrom tritt somit über den zweiten Fluidteileinlass 18 in den Teilkanal 16 ein und gelangt von hier zum entgegengesetzten Ende 10 der Wärmeübertragungseinheit 1. Die zweite Absperreinrichtung 28 verhindert nun durch ihre oben erwähnte erste Stellung einen Fluidmassenstrom über die Verlängerung der Wand 13 hinaus. Folglich erfährt der Fluidmassenstrom eine 180° Wendung und gelangt hinter der Trennwand 23 in den Teilkanal 15, durchströmt diesen jedoch in entgegengesetzter Richtung also in Richtung zum ersten Fluidteileinlass 10 führt. Ein Ausströmen wird hier durch die Schließstellung der ersten Absperreinrichtung 27 verhindert, so dass erneut eine Umkehr des Fluidmassenstromes in den Bereich des ersten Teilkanals 15 hinter dem ersten Fluidteilauslass 19 erfolgt, so dass erneut die übliche Strömungsrichtung im Vergleich zur ersten Ausführung oder zur entgegengesetzten Stellung der Klappen 27, 28 geändert wird. Das Fluid strömt nun erneut zum entgegengesetzten Ende 10, wo wiederum eine Umkehr in Richtung zum zweiten Fluidteilauslass 20 erfolgt, wo das Fluid ausströmen kann.

[0027] Es entsteht somit bei dieser Stellung der Klappen 27, 28 eine Verdopplung des insgesamt zurückgelegten Strömungsweges bei Halbierung des zur Verfügung stehenden Strömungsquerschnitts. Hierdurch wird die Kühlwirkung deutlich erhöht, da in jedem Zustand die gesamte zur Verfügung stehende Wärmetauscherfläche genutzt wird.

[0028] In der entgegengesetzten Stellung der beiden Absperreinrichtungen 27, 28 liegt somit die Außenfläche der ersten Klappe 27 in Verlängerung zur Wand 13, so dass beide Fluidteileinlässe 17, 18 geöffnet sind. Somit strömt das Fluid vom Fluideinlass 8 in beide Teilkanäle 15, 16. Die zweite Klappe 28 verhindert eine Strömung vom Teilkanal 15 zum Teilkanal 16, so dass beide Teilkanäle 15, 16 U- förmig und parallel durchströmt werden. Vom ersten Fluidteileinlass 17 erfolgt die Strömung somit zum ersten Fluidteilauslass 19 und vom zweiten Fluidteileinlass 18 strömt das Fluid zum zweiten Fluidteilauslass 20. Eine derartige Schaltstellung wird bei großen Massendurchsätzen gewählt.

[0029] Figur 4 zeigt eine weitere alternative Wärmeübertragungseinheit 1 bei der wiederum zwei Trennwände 29, 30 sowie zwei Absperreinrichtungen 31, 32 verwendet werden.

[0030] Allerdings verläuft hier die erste Trennwand 29 vom Fluideinlass 8 U-förmig zum Fluidauslass 9 und endet in einem Abstand vor dem Fluidauslass 9, der der halben Breite der Absperreinrichtung 32 entspricht. Parallel U-förmig verläuft die zweite Trennwand 30 jedoch vom Fluidauslass 9 in Richtung zum Fluideinlass 8 wo sie wiederum in einem Abstand vom Fluideinlass 8 endet, welcher der halben Breite der Absperreinrichtung 31 entspricht. Diese beiden Trennwände 29, 30 sind so angeordnet, dass der Fluideinlass 8 und der Fluidauslass 9 in etwa in ihrem Querschnitt bzw. in ihrer Breite gedrittelt werden.

[0031] Die Absperreinrichtungen 31, 32 sind auf Drehachsen 33, 34 angeordnet, die in Verlängerung zu den Enden der Trennwände 29, 30 im Bereich der Fluidteileinlässe 17, 18 beziehungsweise Fluidteilauslässe 19, 20 angeordnet sind.

[0032] In geschlossener Stellung der beiden Klappen 31, 32 also bei Anliegen der Klappe 31 an der Trennwand 29 sowie der Wand 13 und Anliegen der Klappe 32 an der Trennwand 30 sowie dem Außengehäuse 2 gelangt der Fluidmassenstrom über den zweiten Fluidteileinlass 18 in die Wärmetauschereinheit 1 und strömt zwischen dem Außengehäuse 2 und der ersten Trennwand 29 U-förmig bis zur zweiten Absperreinrichtung 32, wo er hinter der ersten Trennwand 29 umgelenkt wird und nun erneut in entgegengesetzter Richtung U-förmig in Richtung zum ersten Fluidteileinlass 17 zwischen den Trennwänden 29 und 30 strömt. Bei Erreichen des ersten Fluidteileinlasses 17 wird der Weg durch die Absperreinrichtung 31 erneut versperrt, so dass eine Umkehr hinter der Trennwand 30 erfolgt und der Fluidmassenstrom nun zwischen der Wand 13 und der Trennwand 30 wiederum U-förmig in Richtung zum freien ersten Fluidteilauslass 19 strömt. Somit entsteht eine Verdreifachung der Kühlstrecke bei Drittelung des zur Verfügung stehenden Querschnitts.

[0033] Bei geöffneten Absperreinrichtungen 31, 32 also bei Lage der Klappenausdehnung in Verlängerung zur den Trennwänden 29, 30 erfolgt der übliche Fluidmassenstrom U-förmig durch den gesamten Querschnitt vom Fluideinlass 8 zum Fluidauslass 9, wodurch zu hohe Druckverluste bei großen Durchsätzen zuverlässig vermieden werden.

[0034] Es sollte deutlich sein, dass eine derartige Ausführung nicht auf die vorhandenen Ausführungsbeispiele beschränkt ist, sondern die Bauform des Kühlers weitestgehend frei wählbar ist. So wäre es selbstverständlich auch möglich, den Fluideinlass und den Fluidauslass an entgegengesetzten Enden der Wärmeübertragungseinheit anzuordnen. Auch ist selbstverständlich eine Umströmung der Wärmeübertragungseinheit mit Kühlmittel anstatt der inneren Durchströmung denkbar. Wesentlich ist die Möglichkeit zur Absperrung eines Teils der zur Verfügung stehenden Querschnittsfläche, wobei möglichst dennoch die gesamte zur Verfügung stehende Wärmetauscherfläche genutzt werden sollte. Als Absperreinrichtungen können sowohl Klappen als auch andere Elemente genutzt werden. Auch sollte deutlich sein, dass eine Wärmeübertragungseinheit nicht auf eine in Druckguss herzustellende Wärmeübertragungseinheit beschränkt ist, sondern derartige in ihrem Querschnitt schaltbare Wärmeübertragungseinheiten auch in anders aufgebauten Wärmeübertragungseinheiten genutzt werden können.

[0035] Die dargestellten Ausführungen der Wärmeübertragungseinheit ermöglichen einen Einsatz mit sehr guten Kühlleistungen und Kühlerwirkungsgraden über einen großen Durchsatz- und Temperaturbereich. Dabei wird gleichzeitig der Druckverlust über den Kühler möglichst klein gehalten.

Ansprüche

1. Wärmeübertragungseinheit mit einem Kühlmittel durchströmten Kanal (5) und einem von einem zu kühlenden Fluid durchströmten Kanal (4), die durch eine Erste Wand (11) voneinander getrennt sind, von welcher ausgehend sich Rippen (12) in zumindest einen der beiden Kanäle (4, 5) erstrecken, wobei der vom zu kühlenden Fluid durchströmte Kanal (4) einen Fluideinlass (8) und einen Fluidauslass (9) aufweist und die Wärmeübertragungseinheit (1) eine zweite Wand (13) aufweist, welche den Fluideinlass (8) vom Fluidauslass (9) trennt und sich bis vor einem zum Fluideinlass (8) bzw. Fluidauslass (9) entgegengesetzten Ende (10) der Wärmeübertragungseinheit (1) erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (4) durch eine in Strömungsrichtung verlaufende Trennwand (14; 23, 24; 29, 30) in einen ersten und einen zweiten Teilkanal (15, 16) mit einem ersten Fluidteileinlass (17) und einem zweiten Fluidteileinlass (18) sowie einem ersten Fluidteilauslass (19) und einem zweiten Fluidteilauslass (20) getrennt ist, wobei zumindest der erste Fluidteileinlass (17) durch eine Absperreinrichtung (21; 27; 31) verschließbar ist, so dass die Wärmeübertragungseinheit (1) bei geöffneter erster Absperreinrichtung (21; 27; 31) U-förmig durchströmt ist und bei geschlossener erster Absperreinrichtung (21; 27; 31) zumindest teilweise U-förmig durchströmt ist.

2. Wärmeübertragungseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Wärmeübertragungseinheit (1) zwei Absperreinrichtungen (27, 28; 31, 32) angeordnet sind, wobei bei Verschluss des ersten Fluidteileinlasses (17) mittels der ersten Absperreinrichtung (27; 31), die zweite Absperreinrichtung (28; 32) derart geschaltet ist, dass sich die Kühlstrecke für das Fluid in der Wärmeübertragungseinheit (1) verlängert.

3. Wärmeübertragungseinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeübertragungseinheit (1) zwei Trennwände (23, 24; 29, 30) aufweist, welche derart mit den Absperreinrichtungen (27, 28; 31, 32) zusammen wirken, dass der gesamte Kanal (4) in beiden Schaltstellungen der Absperreinrichtungen (27, 28; 31, 32) durchströmt ist, wobei sich die Kühlstrecke bei Verengung des Querschnitts verlängert.

4. Wärmeübertragungseinheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Kühlstrecke im Wesentlichen im gleichen Maß verlängert, wie sich der durchströmte Querschnitt verringert.

5. Wärmeübertragungseinheit nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich die erste Trennwand (23) vom Fluideinlass (8) zwischen dem ersten und dem zweiten Fluidteileinlass (17, 18) in Hauptströmungsrichtung in die Wärmeübertragungseinheit (1) bis vor dem zum Fluideinlass (8) entgegengesetzten Ende (10) erstreckt und sich die zweite Trennwand (24) vom Fluidauslass (9) zwischen dem ersten und dem zweiten Fluidteilauslass (19, 20) in Hauptströmungsrichtung in die Wärmeübertragungseinheit (1) bis vor dem zum Fluidauslass (9) entgegengesetzten Ende (10) erstreckt, wobei die erste und die zweite Absperreinrichtung (27, 28) als Klappe ausgebildet sind und die Klappen (27, 28) an den entgegengesetzten Enden der Wärmeübertragungseinheit (1) jeweils zwischen der ersten und der zweiten Trennwand (23, 24) angeordnet sind, wobei die Klappen (27, 28) in beiden Schaltstellungen senkrecht zueinander angeordnet sind.

6. Wärmeübertragungseinheit nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich die erste Trennwand (29) U-förmig vom Fluideinlass (8) zwischen dem ersten und dem zweiten Fluidteileinlass (17, 18) in Hauptströmungsrichtung bis vor den zweiten Fluidteilauslass (20) erstreckt und sich die zweite Trennwand (30) U-förmig vom Fluidauslass (9) zwischen dem ersten und dem zweiten Fluidteilauslass (19, 20) in Hauptströmungsrichtung bis vor den ersten Fluidteileinlass (17) erstreckt, wobei die erste und die zweite Absperreinrichtung (31, 32) als Klappen ausgebildet sind, wobei durch die erste Klappe (31) der erste Fluidteileinlass (17) verschließbar ist und durch die zweite Klappe (32) der zweite Fluidteilauslass (20) verschließbar ist, wobei die Klappen (31, 32) parallel zueinander öffnen und schließen.

Claims

1. A heat transmission unit comprising a channel (5) conducting a coolant, and a channel (4) conducting a fluid to be cooled, said two channels (4,5) being separated from each other by a wall (11) provided with ribs (12) extending therefrom into at least one of said two channels (4,5), wherein said channel (4) conducting the fluid to be cooled comprises a fluid inlet (8) and a fluid outlet (9) and the heat transmission unit (1) further comprises a wall (13) separating the fluid inlet (8) from the fluid outlet (9) and extending to a position before an end (10) of the heat transmission unit (1) opposite to the fluid inlet (8) and respectively the fluid outlet (9),
characterized in that
said channel (4) is separated by a partition wall (14;23,24;29,30) arranged in flow direction, into a first and a second partial channel (15,16) having a first partial inlet (17) for fluid and a second partial inlet (18) for fluid as well as a first partial outlet (19) for fluid and a second partial outlet (20) for fluid, at least said first partial inlet (17) for fluid being adapted to be shut off by a first shut-off means (21;27;31) so that, in the opened condition of said first shut-off means (21;27;31), the heat transmission unit (1) is conducting a U-shaped flow and, in the closed condition of said first shut-off means (21;27;31), the heat transmission unit (1) is at least partially conducting a U-shaped flow.

2. The heat transmission unit of claim 1, wherein the heat transmission unit (1) is provided with two shut-off means (27,28;31,32) arranged internally thereof and wherein, in the closed condition of the first partial inlet (17) for fluid as effected by the first shut-off means (27;31), the second shut-off means (28;32) is switched in such a manner that the cooling path for the fluid in the heat transmission unit (1) is lengthened.

3. The heat transmission unit of claim 2, wherein the heat transmission unit (1) comprises two partition walls (23,24;29,30) cooperating with the shut-off means (27,28;31,32) in such a manner that the whole channel (4) is in its flow-conducting state in both switch positions of the shut-off means (27,28;31,32), the cooling path being lengthened and the cross section being narrowed.

4. The heat transmission unit of claim 3, wherein the cooling path is lengthened substantially to the same extent to which the flow-conducting cross section is reduced.

5. The heat transmission unit of claim 3 or 4, wherein the first partition wall (23) extends, in the main flow direction and between the first and second partial inlets (17,18) for fluid, from the fluid inlet (8) into the heat transmission unit (1) to a position before the end (10) opposite to the fluid inlet (8), and the second partition wall (24) extends, in the main flow direction and between the first and second partial outlets (19,20) for fluid, from the fluid outlet (9) into the heat transmission unit (1) to a position before the end (10) opposite to the fluid outlet (9), wherein the first and second shut-off means (27,28) are formed as flaps and the flaps (27,28) are arranged on the opposite ends of the heat transmission unit (1) respectively between the first and second partition walls (23,24), the flaps (27,28) being arranged vertically relative to each other in both switch directions.

6. The heat transmission unit of claim 3 or 4, wherein the first partition wall (29) extends, in the main flow direction and between the first and second partial inlets (17,18) for fluid, along a U-shaped path from the fluid inlet (8) to a position before the second partial outlet (20) for fluid, and the second partition wall (30) extends, in the main flow direction, along a U-shaped path from the fluid outlet (9) between the first and second partial outlets (19,20) for fluid, all the way to a position before the first partial inlet (17) for fluid, wherein the first and second shut-off means (31,32) are formed as flaps, the first flap (31) being adapted to close the first partial inlet (17) for fluid and the second flap (32) being adapted to close the second partial outlet (20) for fluid, and the processes of opening and closing the flaps (31,32) being performed in parallel to each other.

Revendications

1. Unité de transfert thermique comprenant un canal (5) traversé par un produit de refroidissement et un canal (4) traversé par un fluide à refroidir, qui sont séparés par une première paroi (11) d'où s'étendent des nervures (12) dans au moins un des deux canaux (4, 5), ledit canal (4) traversé par ledit fluide à refroidir comprenant une entrée de fluide (8) et une sortie de fluide (9), et ladite unité de transfert thermique (1) comprenant une deuxième paroi (13) qui sépare ladite entrée de fluide (8) de ladite sortie de fluide (9) et s'étend jusqu'à avant une extrémité (10) de ladite unité de transfert thermique (1) opposée à ladite entrée de fluide (8) ou ladite sortie de fluide (9), respectivement, caractérisée en ce qu'une paroi de séparation (14; 23, 24; 29, 30) s'étendant dans la direction d'écoulement divise ledit canal (4) en un premier et un deuxième canal partiel (15, 16) avec une première entrée de fluide partielle (17) et une deuxième entrée de fluide partielle (18) et une première sortie de fluide partielle (19) et une deuxième sortie de fluide partielle (20), au moins ladite première entrée de fluide partielle (17) étant obturable à l'aide d'un moyen d'obturation (21; 27; 31) de sorte que ladite unité de transfert thermique (1) est traversée en forme de U si le premier moyen d'obturation (21; 27; 31) est ouvert, et qu'elle est traversée au moins partiellement en forme de U si ledit premier moyen d'obturation (21; 27; 31) est fermé.

2. Unité de transfert thermique selon la revendication 1, caractérisée en ce que deux moyens d'obturation (27, 28; 31, 32) sont disposés dans ladite unité de transfert thermique (1), où, lors de l'obturation du ladite première entrée de fluide (17) par ledit premier moyen d'obturation (27; 31), ledit deuxième moyen d'obturation (28; 32) est commuté de sorte que le trajet de refroidissement du fluide dans ladite unité de transfert thermique(1) est rallongé.

3. Unité de transfert thermique selon la revendication 2, caractérisée en ce que ladite unité de transfert thermique (1) comprend deux parois de séparation (23, 23; 29, 30), qui coopèrent avec les moyen d'obturation (27, 28; 31, 32) de sorte que tout le canal (4) est traversé dans les deux positions de commutation desdits moyens d'obturation (27, 28; 31, 32), ledit trajet de refroidissement étant rallongé si la section transversale est rétrécie.

4. Unité de transfert thermique selon la revendication 3, caractérisée en ce que le trajet de refroidissement est rallongé sensiblement d'autant que la section transversale traversée est réduite.

5. Unité de transfert thermique selon les revendications 3 ou 4, caractérisée en ce que la première paroi de séparation (23) s'étend, à partir de l'entrée de fluide (8), entre ladite première et ladite deuxième entrée de fluide partielle (17, 18) selon la direction d'écoulement principale dans ladite unité de transfert thermique (1) jusqu'à avant l'extrémité (10) opposée à l'entrée de fluide (8), et la deuxième paroi de séparation (24) s'étend, à partir de la sortie de fluide (9), entre ladite première et ladite deuxième sortie de fluide partielle (19, 20) selon la direction d'écoulement principale dans ladite unité de transfert thermique (1) jusqu'à avant l'extrémité (10) opposée à la sortie de fluide (9), ledit premier et ledit deuxième moyen d'obturation (27, 28) étant configurés comme clapets, et les clapets (27, 28) sont disposés aux extrémités opposées de ladite unité de transfert thermique (1), respectivement entre la première et la deuxième paroi de séparation (23, 24), lesdits clapets (27, 28) étant disposés perpendiculairement l'un par rapport à l'autre dans les deux positions de commutation.

6. Unité de transfert thermique selon les revendications 3 ou 4, caractérisée en ce que la première paroi de séparation (29) s'étend en forme de U à partir de ladite entrée de fluide (8) entre ladite première et ladite deuxième entrée de fluide partielle (17, 18) selon la direction d'écoulement principale jusqu'à avant ladite deuxième sortie de fluide partielle (20), et la deuxième paroi de séparation (30) s'étend en forme de U à partir de ladite sortie de fluide (9) entre ladite première et ladite deuxième sortie de fluide partielle (19, 20) selon la direction d'écoulement principale jusqu'à avant ladite première entrée de fluide partielle (17), ledit premier et ledit deuxième moyen d'obturation (31, 32) étant configurés comme clapets, ladite première entrée de fluide partielle (17) étant obturable par ledit premier clapet (31) et ladite deuxième sortie de fluide partielle (20) étant obturable par ledit deuxième clapet (32), lesdits clapets (31, 32) ouvrant et fermant en parallèle.

Zeichnung