DE19921273A1 - Wärmeübertrager, insbesondere für Schienenfahrzeuge - Google Patents
Wärmeübertrager, insbesondere für SchienenfahrzeugeInfo
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Abstract
Bekannte Wärmeübertrager, die als Zwei- oder Mehrkreiskühlerblöcke für den Einsatz von Schienenfahrzeugen in sogenannter Paketbauweise hergestellt sind, können beim Auftreten von Undichtheiten zu einer unerwünschten Vermischung der in den Kühlkreisläufen strömenden Flüssigkeiten führen. DOLLAR A Es wird vorgeschlagen, die einzelnen Kühlkreisläufe in den Flachrohren durch einen zwischen den Kühlkreisabschnitten liegenden Leckagekanal (21) abzutrennen, der ins Freie führt. DOLLAR A Verwendung für Kühlerblöcke zur Kühlung elektrischer Aggregate von Schienenfahrzeugen.
Description
Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager, insbesondere
für Schienenfahrzeuge, bestehend aus einem Zweikreis- oder
Mehrkreiskühlerblock, der in Paketbauweise aus wechselweise
aufeinandergeschichteten Flachrohren und gleichmäßig verteilt
dazwischen angeordneten Abstandsleisten aufgebaut ist, wobei
die von den Flachrohren gebildeten Strömungskanäle von minde
stens zwei verschiedenen flüssigen Medien und die zwischen
den Abstandsleisten liegenden Kanäle von Luft durchströmt
sind.
Wärmeübertrager dieser Art sind als Kühlaggregate bei Schie
nenfahrzeugen bekannt und dienen beispielsweise zur Kühlung
des dort mit einem elektrischen Antrieb kombinierten Strom
richters und eines Transformators. Es ist bekannt, daß der
Stromrichter vorzugsweise mit Öl gekühlt wird, während die
Transformatoren in der Regel wassergekühlt ausgebildet sind.
Bekannte Zweikreiskühlerblöcke für diese beiden Aggregate
werden daher in parallel gerichteten Abschnitten der Flach
rohre von Öl bzw. Wasser durchströmt, das jeweils durch Luft
gekühlt wird.
Die bekannten Kühlerblöcke dieser Art sind in einem gemeinsa
men Gehäuse untergebracht, wobei die Zu- und Abführ- oder Um
lenkkästen für die beiden flüssigen Medien aneinander an
schließen.
Ein gewisses Problem solcher bekannter Zweikreiskühlerblöcke
besteht darin, daß beim Leckwerden eines der beiden Kühlmit
telkreisläufe die Gefahr besteht, daß das Kühlmittel eines
Kreislaufes in den zweiten unmittelbar benachbarten Kühl
kreislauf eindringt und so zu erheblichen Schäden im Kühlsy
stem führen kann.
Wärmeübertrager der eingangs genannten Art werden dabei in
sogenannter Paketbauweise hergestellt, wie sie beispielsweise
für Wärmeübertrager nach der DE 196 51 625 A1 bekannt ist.
Auch aus der DE 196 44 586 A1 ist ein in Paketbauweise herge
stellter Rippenrohrblock für einen Wärmeübertrager bekannt,
bei dem man allerdings die für die Durchströmung der Kühl
flüssigkeit vorgesehenen Flachrohre als nebeneinanderliegende
Kanäle eines Strangpreßprofiles hergestellt hat. Auch in die
sem Fall aber wird beim Auftreten eines Lecks und bei Ausbil
dung solcher Rippenrohrblöcke als Zweikreis- oder Mehrkreis
kühlsystem der Nachteil eintreten, daß sich die unterschied
lichen flüssigen Kühlmedien vermischen können, was vermieden
werden sollte.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen
Wärmeübertrager der eingangs genannten Art so auszubilden,
daß eine Vermischung der beiden Kühlkreismedien oder auch
mehrerer Kühlkreismedien mit Sicherheit verhindert wird.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einem Wärmeübertrager der
eingangs genannten Art vorgesehen, daß die Flachrohre an der
Grenze zwischen den Strömungsbereichen der unterschiedlichen
flüssigen Medien mit einem durchgehenden und gegen die be
nachbarten Strömungskanäle abgeschlossenen Strömungskanal
versehen sind, der als Leckagekanal aus dem Kühlerblock ins
Freie führt.
Durch diese Ausgestaltung wird immer dann, wenn in einem der
mit flüssigen Medien betriebenen Kühlkreisläufe ein Leck auf
tritt, das entsprechende Medium in den Leckagekanal eindrin
gen und von dort nach außen abgeführt. Eine Vermischung mit
dem zweiten Kühlkreismedium wird dadurch verhindert. Da die
Leckage ins Freie austritt, kann auch sehr leicht von außen
festgestellt werden, daß der Wärmetauscher leck geworden ist.
In Weiterbildung der Erfindung kann das Zuführgehäuse für die
flüssigen Medien auf unterschiedliche Längenbereiche der von
Luft durchströmten Kanäle beschränkt sein und im Bereich des
Leckagekanals mit Öffnungen in die Umgebung versehen sein.
Diese Öffnungen können dabei in Weiterbildung der Erfindung
als über die Gehäusebreite durchgehende Schlitze zwischen den
Zuführgehäusen ausgebildet sein, die jeweils zwischen den Be
grenzungskanten der Zuführgehäuse angeordnet sind.
In Weiterbildung der Erfindung können schließlich diese Be
grenzungskanten als von den Mündungen des Leckagekanals aus
gehende Erweiterungen ausgebildet sein. Diese Ausgestaltung
erlaubt einen einwandfreien Abfluß etwaiger Leckage und er
möglicht auch, da die von Leckagemedium benetzten Flächen
deutlich nach außen sichtbar sind, eine einfache Überprüfung
der Funktionsfähigkeit des Wärmeübertragers.
Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispieles in der
Zeichnung dargestellt und wird im folgenden erläutert. Es
zeigen:
Fig. 1 die schematische Darstellung einer Draufsicht auf einen
Zweikreiswärmeübertrager nach der Erfindung,
Fig. 2 die Seitenansicht des Wärmeübertragers der Fig. 1,
Fig. 3 die Stirnansicht des Wärmeübertragers der Fig. 1,
Fig. 4 die vergrößerte Darstellung eines Schnittes durch den
Wärmeübertrager der Fig. 1, längs der Schnittlinie
IV-IV,
Fig. 5 die - teilweise aufgeschnittene - Ansicht des Wärme
übertragers der Darstellung nach Fig. 4 in Richtung
des Pfeiles V gesehen,
Fig. 6 die vergrößerte Detaildarstellung der Einzelheit VI
in Fig. 5, und
Fig. 7 die vergrößerte Detaildarstellung des Schnittes VII-
VII aus Fig. 5.
Den Figuren, insbesondere den Fig. 1 bis 3, ist zu entnehmen,
daß der Wärmeübertrager aus einem in einem Gehäuse 1 etwa in
Quaderform angeordneten Kühlerblock 2 besteht, der in Paket
bauweise hergestellt ist. Der Kühlerblock besteht aus paral
lel zueinander angeordneten Flachrohren 3, die in Richtung
der Pfeile 4 und 5 jeweils von einem flüssigen Medium durch
strömt werden und im Gehäuse 1 mit ihren größeren, als Wärme
übertragungsflächen dienenden Seitenflächen parallel zu des
sen Seitenwänden 1a verlaufen. Zwischen den Flachrohren 3
sind jeweils senkrecht zu den Durchströmungsrichtungen 4 bzw.
5 verlaufende Leisten 6 eingelegt, so daß sich zwischen be
nachbarten Flachrohren 3 Strömungskanäle 7 (siehe Fig. 6 und
6) ergeben, die in Richtung der Pfeile 8 von Luft durchströmt
werden.
Den Flachrohren 3 ist stirnseitig jeweils ein Sammelraum 9
für die Zufuhr eines flüssigen Mediums 9 vorgeschaltet, der
jedoch nur einen Teil der Eintrittsstirnflächen der Flachroh
re 3 überdeckt und mit einer Begrenzungswand 10 abgedichtet
vor den Stirnflächen der Flachrohre 3 endet. Dem Eintritts
sammelraum 9 ist ein Umlenkraum 11 auf der anderen Seite der
Flachrohre 3 zugeordnet, in dem das durch einen Eintritts
stutzen 12 zugeführte und in Richtung des Pfeiles 4 strömende
flüssige Medium umgelenkt wird und die Flachrohre 3 durch ei
nen Austrittsstutzen 13 verläßt, der einem dem Zuführsammel
raum 9 nebengeordneten Sammelraum 9a zugeordnet ist. In be
kannter Weise ist dabei, um diese Durchströmung im Sinn der
Pfeile 4 zu erreichen, eine Trennwand 14 in der Mitte zwi
schen den Sammelkästen 9 und 9a angeordnet.
Ein zweiter Sammelkasten 15, der ebenfalls durch die Trenn
wand 14 von einem benachbarten Sammelraum 15a abgetrennt ist,
ist mit einem Eintrittsstutzen 16 versehen, durch den ein
zweites flüssiges Wärmetauschmedium in einen zweiten Ab
schnitt 3b der Flachrohre 3 eintritt und diesen im Sinn der
Pfeile 5 durchströmt. Ein diesem Abschnitt 3b der Flachrohre
zugeordneter Umlenkraum 18 führt das durch die Zuführöffnung
16 im Sinn der Pfeile 5 zugeleitete flüssige Medium zu dem
neben dem Zuführraum 15 gelegenen Sammelraum 15a, von wo das
Medium durch den Austrittsstutzen 17 wieder austreten kann.
Auch in diesem Fall weisen die Sammelräume 15 und 15a Begren
zungswände 19 auf (Fig. 4), die abgedichtet an den Stirnsei
ten der Flachrohre 3 enden.
Aus den Fig. 4 und 5 geht nun hervor, daß die Begrenzungswände
10 jeweils an der Stirnseite von Leisten 20 bzw. 20a en
den, die in Längsrichtung in die Flachrohre 3 eingeschoben
sind, um in diesem die Abschnitte 3a und 3b gegeneinander ab
zugrenzen. Die Leisten 20 und 20a sind aber in einem Abstand
zueinander angeordnet und bilden daher innerhalb der Flach
rohre 3 zwischen sich einen durchgehenden Strömungskanal 21,
der, wie insbesondere die Fig. 4 zeigt, beidseitig ins Freie
endet, wobei beim Ausführungsbeispiel das Gehäuse 1 und die
zugehörigen Flüssigkeitsführungsabschnitte 9, 9a, 15, 15a
bzw. 11 und 18 so ausgebildet sind, daß Öffnungen 22 zur Um
gebung gebildet werden.
Die Fig. 4 und die Fig. 5 lassen dabei erkennen, daß diese
Öffnungen 22 als über die Gehäusebreite durchgehende Schlitze
ausgebildet sind, die zwischen den Begrenzungskanten 10, 19
der Zuführkästen 9, 9a, 15, 15a und der entsprechenden
Begrenzungskanten der Umlenkräume 11 und 18 gebildet sind.
Die Fig. 4 läßt zudem erkennen, daß die Begrenzungskanten 10,
19 - und analog die Begrenzungskanten der Umlenkräume 11 und
18 - als schräg sich vom Schlitz 22 aus nach außen erweitern
de Wände 23 und 24 ausgebildet sind.
In der Praxis wird beispielsweise durch den Eintrittsstutzen
12 Öl zur Kühlung eines Stromrichters eingeführt, das durch
den Austrittsstutzen 13 gekühlt wieder zurückgeführt wird.
Durch den Eintrittsstutzen 16 kann dagegen Wasser zur Kühlung
eines Transformators in den Wärmeübertrager eingespeist wer
den, das über den Austrittsstutzen 17 wieder zum Transforma
tor zurückgeleitet wird.
Wenn beispielsweise eine der Trennleisten 20 oder 20a (Fig.
4), die nach der Herstellung des Rippenrohrblockes in Paket
bauweise dicht eingelötet ist, undicht werden sollte oder
wenn die Begrenzungswand 10 durch Erschütterungen oder der
gleichen ein Leck aufweisen sollte, dann wird das für die
Kühlung des Stromrichters verwendete Öl an dieser Leckstelle
und in den Strömungskanal 21 oder in den Bereich der Öffnung
22 austreten. Eine Beeinflussung des Strömungskreislaufes für
das Wasser im darunter liegenden Abschnitt 3b der Flachrohre
tritt dadurch nicht ein. Das austretende Öl kann an den sich
öffnenden Begrenzungswänden 23 in sehr einfacher Weise von
außen festgestellt werden, so daß jede Leckage nach einer
Überprüfung beseitigt werden kann. Die gefährliche Vermi
schung der beiden Flüssigkeiten wird sicher vermieden, denn
auch im umgekehrten Fall, wenn Wasser aus den Abschnitten 3b
austreten sollte, kann dies von außen festgestellt werden. Da
der Strömungskanal 21 in die Umgebung mündet, kann selbst im
Fall, daß Leckstellen in beiden Strömungskreisläufen gleich
zeitig auftreten, keine Vermischung dieser Medien innerhalb
der Kühlkreisläufe eintreten. Durch die Erfindung wird daher
in einfacher Weise eine Sicherung gegen unerwünschte Vermi
schungen der verwendeten Kühlkreisflüssigkeiten erreicht.
Im Ausführungsbeispiel ist ein Zweikreiskühlerblock dar
gestellt. Es ist natürlich auch möglich, bei Mehrkreiskühler
system, also dann, wenn drei verschiedene flüssige Kühlmedien
die Flachrohre durchströmen und durch die senkrecht dazu
strömende Lüft gekühlt werden, jeweils zwischen benachbarten
Kühlkreisläufen einen Strömungskanal im Sinn des Strömungska
nales 21 als Leckagekanal anzuordnen. Auch in diesem Fall ist
eine unerwünschte Vermischung der Kühlkreislaufflüssigkeit
ausgeschlossen.
Claims (6)
1. Wärmeübertrager, insbesondere für Schienenfahrzeuge, be
stehend aus einem Zweikreis- oder Mehrkreiskühlerblock, der
in Paketbauweise aus wechselweise aufeinandergeschichteten
Flachrohren (3) und gleichmäßig verteilt dazwischen angeord
neten Abstandsleisten (6) aufgebaut ist, wobei die von den
Flachrohren gebildeten Strömungskanäle in mindestens zwei Ab
schnitten (3a, 3b) von verschiedenen flüssigen Medien und die
zwischen den Abstandsleisten liegenden Kanäle (7) von Luft
durchströmt sind,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Flachrohre (3) an der Grenze zwischen den Strömungsberei
chen (3a, 3b) der unterschiedlichen flüssigen Medien mit ei
nem durchgehenden und gegen die benachbarten Strömungskanäle
abgeschlossenen Strömungskanal (21) versehen sind, der als
Leckagekanal aus dem Kühlerblock ins Freie führt.
2. Wärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der als Leckagekanal dienende Strömungskanal (21) durch
zwei im Abstand zueinander in die Flachrohre eingefügte Lei
sten (20, 20a) gebildet ist.
3. Wärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Zuführ- und Abführgehäuse (9, 9a; 15, 15a; 11, 18)
für die flüssigen Medien auf unterschiedliche Längenbereiche
der von Luft durchströmten Kanäle (7) beschränkt und im Be
reich des Leckagekanals (21) mit Öffnungen (22) in die Umge
bung versehen sind.
4. Wärmeübertrager nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die Öffnungen als über die Gehäusebreite durchgehende
Schlitze (22) ausgebildet sind.
5. Wärmeübertrager nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die Schlitze (22) jeweils zwischen den Begrenzungskanten
(10, 19) der Zu- und Abführgehäuse (9, 9a; 15, 15a; 11, 18)
angeordnet sind.
6. Wärmeübertrager nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß die Begrenzungskanten (10, 19) in Wandteile (23, 24)
übergehen, die von den Mündungen des Leckagekanals (21) aus
nach außen führende Erweiterungen bilden.
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