DE19921273A1 - Wärmeübertrager, insbesondere für Schienenfahrzeuge - Google Patents

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.