DE69711176T2

DE69711176T2 - Filter und wärmetauscher

Info

Publication number: DE69711176T2
Application number: DE69711176T
Authority: DE
Inventors: Per Gillbrand; Richard Oehman
Original assignee: Interproperty NV
Current assignee: Interproperty NV
Priority date: 1996-05-30
Filing date: 1997-05-29
Publication date: 2002-08-29
Anticipated expiration: 2017-05-30
Also published as: DE69711176D1; SE9602117D0; SE9602117L; EP0901566A1; SE506613C2; WO1997045627A1; JP2000512704A; US6105664A; EP0901566B1

Description

Diese Erfindung betrifft einen Typ eines Filter- und Wärmeaustauschgerätes, der umfasst: ein im Wesentlichen zylindrisches Gehäuse, das einen Einlassanschluss und einen Auslassanschluss für eine Primärflüssigkeit, und einen Einlassanschluss und einen Auslassanschluss für eine Sekundärflüssigkeit aufweist; einen röhrenförmigen, innerhalb des Gehäuses angeordneten Wärmeaustauschkörper, welcher an seiner Außenseite mit Rippen versehen ist und mit einem axil durchgängigen mit dem Einlassanschluss und dem Auslassanschluss der Sekundärflüssigkeit verbundenen Durchgang; und eine zylindrische Abtrennung in dem Gehäuse, wobei die Abtrennung auf ihrer einen Seite eine den Wärmeaustauschkörper aufnehmende Wärmeaustauschkammer und auf ihrer anderen Seite eine den Filterkörper aufnehmende Filterkammer definiert, und wobei die Wärmeaustauschkämmer und die Filterkammer miteinander in Verbindung stehen und aufeinanderfolgende Bereiche eines Primärflüssigkeitsstrompfades bilden, der zwischen dem Einlassanschluss und dem Auslassanschluss für die Primärflüssigkeit verläuft.
Die Primärflüssigkeit ist eine Flüssigkeit, die gefiltert und gekühlt oder aufgeheizt werden soll und die beispielsweise Öl sein kann, wohingegen die Sekundärflüssigkeit eine Kühl- oder Heizflüssigkeit ist und beispielsweise Wasser sein kann.
Derartige Filter- und Wärmeaustauschgeräte werden oft zum Filtern und Kühlen verschiedener Betriebsflüssigkeiten verwendet, wie Schmier- oder Getriebeöl in Kraftfahrzeugen und in anderen von Verbrennungsmaschinen angetriebenen Systemen, Hydraulikflüssigkeit in Hydraulikölsystemen, oder Flüssigkeiten in anderen Maschinen oder Systemen, in denen die Flüssigkeit sowohl gefiltert als auch gekühlt werden muss. Ein Beispiel für ein Filter- und Wärmeaustauschgerät, in dem eine Flüssigkeit in einer einzigen Einheit gefiltert und gekühlt wird, ist in der WO88/06228 offenbart.
Wie es typisch für derartige vorbekannte Filter- und Wärmeaustauschgeräte ist, wird der in der WO88/06228 offenbarte röhrenförmige Filterkörper des Filter- und Wärmeaustauschgerätes innerhalb des röhrenförmigen Wärmeaustauschkörpers angeordnet. Diese relative Position vom Filter- und Wärmeaustauschkörper ist vorteilhaft, da der Wärmeaustauschkörper mit einer Wärmeaustauschfläche ausgestattet werden kann, die so groß ist, wie es der Durchmesser des Gehäuses des Gerätes erlaubt, dies ist in den meisten Fällen wünschenswert. Andererseits gestattet diese relative Position nicht, den zur Verfügung stehenden Raum im Gehäuse vollständig auszunutzen.
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein gattungsgemäßes Filter- und Wärmeaustauschgerät zu schaffen, das in Bezug auf die Ausnutzung des Raumes verbessert ist. Diese Aufgabe wurde mit der Gestaltung des im unabhängigen Anspruch definierten Wärmeaustauschers gelöst. Merkmale bevorzugter Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Filter- und Wärmeaustauschgerätes sind in den Unteransprüchen ausgeführt.
Wie nachfolgend noch ausführlicher beschrieben wird, ist der Wärmeaustauschkörper des Filter- und Wärmeaustauschgerätes gemäß der Erfindung innerhalb des Filterkörpers angeordnet und die Primärflüssigkeit fließt umfänglich um den Wärmeaustauschkörper zwischen axial verlängerten und am Umfang beabstandet angeordneten Einlass- und Auslassverbindungswegen, die durch die zylindrische Abtrennung verlaufen, die den Wärmeäustauschkörper von dem Filterkörper trennt.
Die Anordnung gemäß der Erfindung sorgt für eine wirkungsvolle Wärmeübertragung und ermöglicht, einen Wärmeaustauschkörper kleinen Durchmessers zu verwenden, ohne die Wärmeübertragüngsleistung im Vergleich zu derjenigen vorbekannter Wärmeaustauschgeräte zu verringern. Eine ganz besonders wirkungsvolle Wärmeübertragung wird erzielt werden, wenn der Wärmeaustauschkörper gemäß der in der WO86/00395 ausgeführten Prinzipien hergestellt wird. Ein zusätzlicher wesentlicher Vorteil besteht darin, dass der auf der Stromaufwärtsseite des Wärmeaustauschkörpers wirkende Druck der Primärflüssigkeit - dieser Druck kann in vielen Anwendungen 10-15 bar betragen - auf die Außenseite des Wärmeaustauschkörpers wirkt. Dieser Druck wird somit zum Zentrum des Wärmeaustauschkörpers gelenkt und setzt demzufolge den Wärmeaustauschkörper eher radialer Komprimierung aus, als dass er dazu tendiert, den Wärmeaustauschkörper auszudehnen. Der Wärmeaustauschkörper kann deswegen aus einem Material hergestellt sein, das geringe Zugfestigkeit, aber dafür vorteilhafte Eigenschaften der Wärmeübertragung besitzt, wie beispielsweise Aluminium, ohne dann Gefahr zu laufen, dass der Wärmeaustauschkörper unter dem Druck der Primärflüssigkeit platzt.
Die Erfindung wird durch die folgende Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, in denen ein Ausführungsbeispiel dargestellt wird, besser verstanden werden.
Fig. 1 zeigt eine Axialschnittansicht eines Filter- und Wärmeaustauschgerätes in erfindungsgemäßer Ausführung;
Fig. 2 zeigt eine Querschnittansicht entlang der Linie II-II in Fig. 1;
Fig. 3 zeigt eine Querschnittansicht entlang der Linie III-III in Fig. 1.
Das als Beispiel in den Zeichnungen dargestellte Filter- und Wärmeaustauschgerät umfasst ein allgemein kreisförmiges, zylindrisches Gehäuse 11 mit einer kreisförmigen, zylindrischen Außenwand 12, die einstückig mit einer einen Boden 13 bildenden Endplatte ist. Zusätzlich umfasst das Gehäuse 11 eine abnehmbare Abdeckung 14, die an dem oberen Ende der Außenwand 12 mittels einem zentral angeordneten, mit Schraubgewinde versehenen Verbindungsbolzen 15 und einer Mutter 16 festgeklemmt ist.
An dem Boden 13 des Gehäuses sind Einlass- und Auslassanschlüsse vorgesehen sowohl für eine zu filternde und zu kühlende (oder alternativ aufzuheizende) Primärflüssigkeit, als auch für eine Sekundärflüssigkeit, nämlich eine Flüssigkeit, die als Wärmeträgerflüssigkeit zum Kühlen (oder Aufheizen) der Primärflüssigkeit dient. In der nachfolgenden Beschreibung wird vorausgesetzt, dass die Primärflüssigkeit Öl ist, wohingegen vorausgesetzt wird, dass die Sekundärflüssigkeit Wasser ist.
Insbesondere auf der einen Seite des Gehäuses (auf der linken Seite in den Zeichnungen) sind ein Öl- Einlassanschluss 17 und ein Öl-Auslassanschluss 18 vorgesehen. Diese Anschlüsse sind nah beieinander angeordnet und haben ihre Öffnung an einer flachen Seitenfläche des Bodens 13. Diese flache Seite ist so ausgebildet, dass sie eng an eine (nicht dargestellte) Maschine angeschlossen werden kann, in der das Öl als Betriebsöl zur Ausführung eines Vorganges dient, z. B. als Getriebe- oder Schmieröl.
Auf der gegenüberliegenden Seite des Gehäuses ist der Boden 13 mit einem Wasser-Einlassanschluss 19 und einem Wasser-Auslassanschluss 20 ausgestattet. Der Wasser- Einlassanschluss 19 erstreckt sich zu einer zentralen Ausnehmung 21 im Boden 13, und der Wasser- Auslassanschluss 20 steht mit einer die Ausnehmung umschließenden ringförmigen Nut 22 in Verbindung. Sowohl der Wasser-Einlassanschluss 19 als auch der Wasser- Auslassanschluss 20 beinhalten röhrenförmige Verbinder für den Anschluss von Schläuchen.
Innerhalb des Gehäuses 11 ist eine aufrechte, verlängerte, röhrenförmige Glocke oder Kappe 23 angeordnet, die am unteren Ende offen und am oberen Ende durch eine Decke 24 geschlossen ist. Das offene, untere Ende der Kappe 23 ist mittels einer auf dem Verbindungsbolzen 15 vorgesehenen und die Decke 24 der Kappe durchgreifenden Klemmmutter 25 fest mit der Oberseite des Gehäusebodens 13 verspannt.
Die Kappe. 23 unterteilt den Innenraum des Gehäuses 11 in zwei Kammern, in eine zentrale Kammer 26 und in eine umgebende äußere Kammer 27. Auf einer Seite ist die Seitenwand 28 der Kappe 23 mit einem vertikal verlaufenden, schmalen Verbindungsweg oder Schlitz 29 ausgestattet, der für eine Flüssigkeitsverbindung zwischen den beiden Kammern 26 und 27 sorgt. Die zentrale Kammer 26 steht ebenfalls mit dem Öl-Auslassanschluss 18 und sowohl mit dem Wasser-Einlassanschluss 19 als auch mit dem Wasser-Auslassanschluss 20 in Verbindung. Ein zylindrischer, röhrenförmiger, beispielsweise aus gefaltetem Papier bestehender und konzentrisch mit der Gehäuseseitenwand 12 angeordneter Filterkörper 30 ist in der äußeren Kammer 27 angeordnet, die mit dem Öl- Einlassanschluss 17 so in Verbindung steht, dass das einströmende Öl in die äußere Kammer 27 außerhalb des Filterkörpers 30 einströmt.
Die zentrale Kammer 26 nimmt einen aufrechten, zylindrischen, röhrenförmigen Wärmeaustauschkörper 31 auf, dessen Achse genau mit der Achse der Gehäuseseitenwand 12 übereinstimmt. Der aus Aluminium oder einem anderen geeigneten Material von hoher Wärmeleitfähigkeit hergestellte Wärmeaustauschkörper 31 ist auf dem Boden 13 des Gehäuses derart festgeklemmt, dass sein zentraler, axial durchgängiger Durchgang 32 zu der Ausnehmung 21 hin geöffnet ist, aber keine direkte Flüssigkeitsverbindung mit der umgebenden ringförmigen Nut 22 aufweist. Andererseits ist diese Nut 22 in offener Flüssigkeitsverbindung mit dem unteren Ende eines äußeren Durchganges 33, der ebenfalls axial durch den Wärmeaustäuschkörper 31 verläuft. Der äußere Durchgang umfasst zahlreiche Unterdurchgänge oder Kanäle, die um den zentralen Durchgang 32 verteilt angeordnet sind.
Beide Enden des Wärmeaustauschkörpers 31 greifen in abdichtender Weise in den Gehäuseboden 13 und in die Decke 24 der Kappe durch dazwischenliegende Dichtringe 34 ein. Am oberen Ende des Wärmeaustauschkörpers steht der zentrale Durchgang 32 in offener Verbindung mit dem äußeren Durchgang 33.
Wasser, das durch den Wasser-Einlassanschluss 19 einströmt, wird somit in die zentrale Ausnehmung 21 laufen und aufwärts durch den zentralen Durchgang 32 des Wärmeaustauschkörpers 31 fließen und dann abwärts durch die verschiedenen den äußeren Durchgang 33 bildenden Kanäle zu der ringförmigen Nut 22, bis es durch den Wasser-Auslassanschluss 20 austritt. Während des Durchlaufs durch das Gehäuse 11 wird das Wasser demzufolge nur mit dem inneren Bereich des Wärmeaustauschkörpers 31 in Kontakt kommen.
Die Umfangsaußenseite des Wärmeaustauschkörpers 31 ist mit einer sehr großen Anzahl eng beabstandeter Rippen 35 ausgestattet, die in quer zur Achse des Wärmeaustauschkörpers liegenden Ebenen angeordnet sind. Diese Rippen erstrecken sich im Wesentlichen rund um den gesamten Wärmeaustauschkörper mit breiteren Unterbrechungen an zwei diametral gegenüberliegenden Stellen und zahlreichen enger aufeinander folgenden Unterbrechungen (Fig. 2). Die äußeren Enden der Rippen 35 sind in der Nähe der Innenseite der Seitenwand 28 der Kappe 23 angeordnet. Um von dem sich im Wesentlichen über die gesamte Höhe des Wärmeaustauschkörpers 31 erstreckenden Schlitz 29 zu einem axial verlaufenden Kanal 36, der an der Innenseite der Seitenwand 28 der Kappe 23 diametral dem Schlitz 29 gegenüberliegend angeordnet ist, zu fließen, muss das Öl dementsprechend entlang der engen, umfangseitig verlaufenden zwischen den benachbarten Rippen 35 definierten Kanäle fließen. Die Rippen 35 und die zwischen ihnen ausgebildeten Kanäle sind in Übereinstimmung mit den in der WO88/056228 ausgeführten Prinzipien konstruiert und stellen demzufolge zwischen dem in den Kanälen fließenden Öl und dem in dem äußeren Durchgang 33 des Wärmeaustauschkörpers 31 fließenden Wasser eine sehr wirkungsvolle Wärmeübertragung sicher.
Durch den Kanal 36 fließt das Öl von der zentralen Kammer 26, d. h. der Wärmeaustauschkammer, durch eine in dem Gehäuseboden 13 vorgesehene Öffnung entgegengesetzt zu dem unteren Ende des Kanales 36 und zu dem Öl- Auslassanschluss 18.
Wie die verlängerte Öffnung oder der Schlitz 29 erstreckt sich der Kanal 36 im Wesentlichen über die Höhe des Wärmeaustauschkörpers 31.
Beim Betreiben des Filter- und Wärmeaustauschgerätes wird das durch den Öl-Einlassanschluss 17 eintretende Öl zunächst durch die äußere Kammer 27, die Filterkammer, und über den darin befindlichen Filterkörper 30 fließen, bevor es durch den Schlitz 29 in die innere oder Wärmeaustauschkammer 26 eintritt und umfänglich in beiden Richtungen entlang der Außenseite des Wärmeaustauschkörpers 31 fließt, bevor es im Kanal 36 aufgefangen wird. Wenn aus dem einen oder anderen Grund, wie starke Verstopfung des Filterkörpers 30, der Druck innerhalb der Filterkammer 27 übermäßig ansteigen sollte, wird sich ein Bypassventil 37 in dem Gehäuseboden 13 öffnen, um die Filterkammer 27 in direkte Flüssigkeitsverbindung mit dem Öl-Auslassanschluss 18 zu bringen.

Claims

1. Filter- und Wärmeaustauschgerät, umfassend:

ein im Wesentlichen zylindrisches Gehäuse (11) mit einem Einlassanschluss (17) und einem Auslassanschluss (18) für eine Primärflüssigkeit und einem Einlassanschluss (19) und einem

Auslassanschluss (20) für eine Sekundärflüssigkeit, einen röhrenförmigen, innerhalb des Gehäuses angeordneten Wärmeaustauschkörper (31), der an seiner Außenseite mit Rippen (35) und einem axial durchgängigen mit dem Einlassanschluss (19) und dem Auslassanschluss (20) für die Sekundärflüssigkeit verbundenen Durchgang (32, 33) ausgestattet ist, und

eine zylindrische Abtrennung (28) in dem Gehäuse (11), wobei die Abtrennung an ihrer einen Seite eine den Wärmeaustauschkörper (31) aufnehmende Wärmeaustauschkammer (26) bildet, und an ihrer anderen Seite eine den Filterkörper (30) aufnehmende Filterkammer (27) bildet,

wobei die Wärmeaustauschkammer (26) und die Filterkammer miteinander verbunden sind und aufeinanderfolgende Abschnitte für einen Primärflüssigkeitsstrompfad bilden, der zwischen dem Einlassanschluss (17) und dem Auslassanschluss (18) für die Primärflüssigkeit verläuft, dadurch gekennzeichnet, dass

die zylindrische Abtrennung (28) eine verlängerte, sich im Wesentlichen zusammen mit dem Wärmeaustauschkörper (31) erstreckende Öffnung aufweist, die eine Strömungspassage (29) durch die Abtrennung hindurch definiert und die Filterkammer (27) und die Wärmeaustauschkammer (26) untereinander verbindet,

der Wärmeaustauschkörper (31) innerhalb der zylindrischen Abtrennung (28) angeordnet ist und zusammen mit der Innenseite der Abtrennung umfänglich verlaufende Strömungskanäle zwischen den Rippen (35) des Wärmeaustauschkörpers (31) definiert, und

die zylindrische Abtrennung (28) mit einem axial verlaufenden Strömungskanal (36) ausgestattet ist, der dem Strömungskanal (29) gegenüberliegend jenseits der Wärmeaustauschkammer (26) angeordnet ist und im Wesentlichen mit und offen zu dem Wärmeaustauschkörper (31) hin verläuft, wobei der Strömungskanal mit dem Auslassanschluss (18) für die Primärflüssigkeit in Verbindung steht.

2. Filter- und Wärmeaustauschgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der axial durchgängige Durchgang des Wärmeaustauschkörpers (31) einen zentralen, axialen Kanal (32) und einen äußeren, axialen durch zahlreiche um den zentralen Kanal herum angeordnete axiale Unterkanäle gebildeten Kanal (33) umfasst, wobei der zentrale Kanal (32) und der äußere Kanal (33) miteinander an einem Ende des Wärmeaustauschkörpers (31) in Verbindung stehen und jeweils mit dem Einlassanschluss (19) bzw. dem Auslassanschluss (20) für die Sekundärflüssigkeit am anderen Ende des Wärmeaustauschkörpers in Verbindung stehen.

3. Filter- und Wärmeaustauschgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlassanschluss (19) und der Auslassanschluss (20) für die Sekundärflüssigkeit an einem Boden (13) des Gehäuses (11) an dem anderen Ende des Wärmeaustauschkörpers (31) vorgesehen sind.

4. Filter- und Wärmeaustauschgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlassanschluss (17) und der Auslassanschluss (18) für die Primärflüssigkeit in dem Gehäuseboden (13) vorgesehen sind.