DE102014217920A1 - Stacked-plate heat exchanger - Google Patents

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DE102014217920A1
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Marco Renz
Volker Velte
Boris Kerler
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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Stapelscheiben-Wärmeübertrager (1), insbesondere ein Ladeluftkühler, mit einem Hochtemperatur-Kühlmittelkreislauf (HT) und einem Niedertemperatur-Kühlmittelkreislauf (NT), mit aufeinandergestapelten Wärmetauscherplatten (2), die von zwei Kühlmitteln (3, 4) mit unterschiedlichem Temperaturniveau im Hochtemperatur-Kühlmittelkreislauf (HT) und im Niedertemperatur-Kühlmittelkreislauf (NT) einerseits und einem zu kühlenden Medium (5), insbesondere Ladeluft, andererseits durchströmt sind. Erfindungswesentlich ist dabei, dass die Wärmetauscherplatten (2) eine geprägte Trennwand (6) zur Trennung des Hochtemperatur-Kühlmittelkreislaufs (HT) und des Niedertemperatur-Kühlmittelkreislaufs (NT) aufweisen.The present invention relates to a stacked plate heat exchanger (1), in particular a charge air cooler, with a high-temperature coolant circuit (HT) and a low-temperature coolant circuit (NT), with stacked heat exchanger plates (2) of two cooling means (3, 4) different temperature level in the high-temperature coolant circuit (HT) and in the low-temperature coolant circuit (NT) on the one hand and a medium to be cooled (5), in particular charge air, on the other hand are flowed through. It is essential to the invention that the heat exchanger plates (2) have an embossed partition wall (6) for separating the high-temperature coolant circuit (HT) and the low-temperature coolant circuit (NT).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Stapelscheiben-Wärmeübertrager, insbesondere einen Ladeluftkühler, mit einem Hochtemperatur-Kühlmittelkreislauf und einem Niedertemperatur-Kühlmittelkreislauf. The present invention relates to a stacked plate heat exchanger, in particular a charge air cooler, with a high-temperature coolant circuit and a low-temperature coolant circuit.

In modernen Kraftfahrzeugen ist ein stetig ansteigender Kühlungsbedarf zu beobachten, beispielsweise im Bereich der Ladeluftkühlung, wodurch die Anforderungen an die Kühlungs- und Klimatisierungssysteme stetig zunehmen. Eine verbesserte Ausnutzung von Wärmequellen und Wärmesenken kann dabei zu einem höheren Nutzungsgrad und darüber hinaus zu einer Verringerung des Kraftstoffverbrauchs führen. Derzeit am Markt befindliche Kühlsysteme zur Ladeluftkühlung weisen dabei oftmals einen Stapelscheiben-Wärmeübertrager auf, der einstufig ausgebildet ist. Der mit der einstufigen Temperierung erreichbare Wirkungsgrad ist jedoch limitiert. Um die Leistungsfähigkeit von Kühlkreisläufen, insbesondere zur Kühlung von Fluiden, wie beispielsweise Kühlmittel, Kältemittel, Öl, Abgas- oder Ladeluft, zu verbessern, ist es daher in einigen Fällen sinnvoll, ein Fluid über zwei Stufen abzukühlen bzw. aufzuwärmen. Nachteilig der zweistufigen Temperierung von Fluiden ist dabei jedoch, dass der Einsatz von zwei konventionell hintereinander geschalteten Wärmetauschern mit deutlich höheren Kosten sowie einem erhöhten Bauraumbedarf verbunden ist. In modern motor vehicles, a steadily increasing need for cooling is to be observed, for example in the field of intercooling, whereby the demands on the cooling and air conditioning systems steadily increase. Improved utilization of heat sources and heat sinks can lead to a higher degree of utilization and, moreover, to a reduction in fuel consumption. Cooling systems for intercooling currently available on the market often have a stacked-plate heat exchanger which has a single-stage design. However, the achievable with the single-stage temperature efficiency is limited. In order to improve the performance of cooling circuits, in particular for cooling fluids, such as, for example, coolant, refrigerant, oil, exhaust gas or charge air, it is therefore appropriate in some cases to cool or heat a fluid over two stages. A disadvantage of the two-stage temperature control of fluids is, however, that the use of two conventionally connected in series heat exchangers is associated with significantly higher costs and increased space requirements.

Aus der DE 10 2005 044 291 A1 ist ein Stapelscheiben-Wärmeübertrager, insbesondere ein Ladeluftkühler, mit mehreren aufeinander gestapelten und miteinander verbundenen, beispielsweise verlöteten, länglichen Scheiben bekannt, die einen Hohlraum zum Durchführen eines zu kühlenden Mediums, wie z.B. Ladeluft, in Längsrichtung der Scheiben und einen weiteren Hohlraum zum Durchführen eines Kühlmittels begrenzen, wobei die Scheiben jeweils einen Eingangsanschluss und einen Ausgangsanschluss für das zu kühlende Medium besitzen. Um einen Stapelscheiben-Wärmeübertrager schaffen zu können, der einerseits kostengünstig herstellbar ist und andererseits auch bei hohen Temperaturen eine lange Lebensdauer aufweist, erstreckt sich mindestens ein Kühlmittelanschluss teilweise um einen Anschluss für das zu kühlende Medium herum. From the DE 10 2005 044 291 A1 is a stacked plate heat exchanger, in particular a charge air cooler, with a plurality of stacked and interconnected, for example, soldered, elongated discs known, having a cavity for passing a medium to be cooled, such as charge air, in the longitudinal direction of the discs and another cavity for performing a Limit coolant, the discs each have an input port and an output port for the medium to be cooled. In order to be able to create a stacked-plate heat exchanger which on the one hand can be produced cost-effectively and on the other hand has a long service life even at high temperatures, at least one coolant connection partially extends around a connection for the medium to be cooled.

Die Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für einen Stapelscheiben-Wärmeübertrager der gattungsgemäßen Art eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, der eine zweistufige Temperierung eines zu kühlenden Mediums bei gleichzeitig kompakter Bauweise ermöglicht. The invention is concerned with the problem of providing for a stacked plate heat exchanger of the generic type an improved embodiment which allows a two-stage temperature control of a medium to be cooled with a simultaneously compact design.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This problem is solved according to the invention by the subject matter of independent claim 1. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.

Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, an einzelnen Wärmetauscherplatten eines Stapelscheiben-Wärmeübertragers eine geprägte Trennwand vorzusehen, welche gleichzeitig mit der Wärmetauscherplatte geformt bzw. umgeformt wird und welche dazu dient, einen Hochtemperatur-Kühlmittelkreislauf und einen Niedertemperatur-Kühlmittelkreislauf voneinander zu trennen, gleichzeitig aber erlaubt diese beiden Kreisläufe in einem gemeinsamen Stapelscheiben-Wärmeübertrager zu führen. Der erfindungsgemäßen Stapelscheiben-Wärmeübertrager, welcher beispielsweise als Ladeluftkühler ausgebildet sein kann, besitzt dabei besagten Hochtemperatur-Kühlmittelkreislauf und den zuvor erwähnten Niedertemperatur-Kühlmittelkreislauf, wobei die aufeinandergestapelten Wärmetauscherplatten von zwei Kühlmitteln mit unterschiedlichen Temperaturniveaus im Hochtemperatur-Kühlmittelkreislauf und im Niedertemperatur-Kühlmittelkreislauf einerseits und von dem zu kühlenden Medium, beispielsweise Ladeluft, andererseits durchströmt sind. Mit dem erfindungsgemäßen Stapelscheiben-Wärmeübertrager ist es erstmals möglich, eine zweistufige Temperierung in einem einsamen Stapelscheiben-Wärmeübertrager zusammenzufassen und damit eine äußerst kompakt bauende Lösung zu erreichen.The present invention is based on the general idea to provide on individual heat exchanger plates of a stacked plate heat exchanger, an embossed partition which is formed simultaneously with the heat exchanger plate and which serves to separate a high-temperature refrigerant circuit and a low-temperature refrigerant circuit from each other, simultaneously but allows these two circuits to run in a common stacked plate heat exchanger. The stacked-plate heat exchanger according to the invention, which may be configured, for example, as intercooler, has said high-temperature coolant circuit and the aforementioned low-temperature coolant circuit, wherein the stacked heat exchanger plates of two coolants with different temperature levels in the high-temperature coolant circuit and in the low-temperature coolant circuit on the one hand and of the medium to be cooled, for example, charge air, on the other hand flows through. With the stacked plate heat exchanger according to the invention, it is now possible to combine a two-stage temperature control in a lone stacked plate heat exchanger and thus to achieve an extremely compact solution.

Zweckmäßig ist der Stapelscheiben-Wärmeübertrager als Gegenstromkühler ausgebildet. Bei einem Gegenstromkühler strömen das Kühlmittel und das zu kühlende Medium entgegengesetzt zueinander, wodurch eine besonders effektive Kühlung erreicht werden kann. Bei einer Kühlung im Gegenstromprinzip ist die Kühlwirkung generell größer als im Falle gleicher Fließrichtungen.Suitably, the stacked plate heat exchanger is designed as a counterflow cooler. In a counterflow cooler, the coolant and the medium to be cooled flow opposite to each other, whereby a particularly effective cooling can be achieved. When cooling in the counterflow principle, the cooling effect is generally greater than in the case of the same flow directions.

Zweckmäßig weisen die Wärmetauscherplatten einen umlaufenden aufgestellten Rand auf, über welchen sie mit einer benachbarten, insbesondere einer darüber oder darunter angeordneten, Wärmetauscherplatte verlötet sind, wobei die Trennwand jeweils längsendseitig mit dem Rand verbunden ist. Die Trennwand durchläuft somit die jeweilige Wärmetauscherplatte in Querrichtung und ist einenends am einen Rand und anderenends am gegenüberliegenden Rand angebunden. Eine derartige Wärmetauscherplatte besitzt üblicherweise die Form eines Rechtecks, dessen Schmalseiten jedoch halbkreisförmig ausgerundet sind. Die Trennwand verläuft vorzugsweise mittig, kann jedoch entsprechend der geforderten Kühlleistung des Niedertemperatur-Kühlmittelkreislaufes oder des Hochtemperatur-Kühlmittelkreislaufs in Längsrichtung derjenigen Wärmetauscherplatte nahezu beliebig verschoben werden. Hierdurch ist die Kühlleistung der beiden Kreisläufe einstellbar. Die Anordnung der Trennwand ist dabei vergleichsweise einfach durch die entsprechende Positionierung eines Trennsteges im Stanzwerkzeug einstellbar. Expediently, the heat exchanger plates have a circumferential raised edge over which they are soldered to an adjacent, in particular one or above, arranged heat exchanger plate, wherein the partition is connected in each case along the end side with the edge. The partition thus passes through the respective heat exchanger plate in the transverse direction and is connected at one end at one edge and at the other end at the opposite edge. Such a heat exchanger plate usually has the shape of a rectangle, the narrow sides, however, are rounded in a semicircle. The partition wall preferably runs centrally, but can be moved in almost any desired manner in accordance with the required cooling capacity of the low-temperature coolant circuit or the high-temperature coolant circuit in the longitudinal direction of that heat exchanger plate. As a result, the cooling capacity of the two circuits is adjustable. The arrangement of the partition is thereby comparatively easily adjustable by the corresponding positioning of a separating web in the punching tool.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung sind/ist im Bereich der Anbindung der Trennwand an den Rand ein Kühlmitteleinlass und/oder ein Kühlmittelauslass vorgesehen. Üblicherweise besitzen die beiden halbkreisförmig abgerundeten Längsendbereiche jeder Wärmetauscherplatte eine ebenfalls halbkreisförmige Öffnung für das zu kühlende Medium, wobei die eine Öffnung als Einlassöffnung und die andere Öffnung als Auslassöffnung ausgestaltet ist. Ringsegmentartig um die jeweilige Ein- oder Auslassöffnung sind dabei Kühlmittelkanäle angeordnet. Ein Durchströmen des Stapelscheiben-Wärmeübertragers erfolgt dabei von dem zu kühlenden Medium dadurch, dass es zunächst durch die Einlassöffnung (Mediumeinlass) eintritt und dann die einzelnen Wärmetauscherplatten in Längsrichtung durchströmt, um am gegenüberliegenden Ende wieder um 90 Grad umgelenkt und über die Auslassöffnung (Mediumauslass) abgeführt werden zu können. Das zum Wärmetausch erforderliche Kühlmittel hingegen strömt beispielsweise im Niedertemperatur-Kreislauf über die ringsegmentartig angeordneten Kühlmitteleinlässe ein und über zwei im Bereich der Trennwand angeordneten Kühlmittelauslässe wieder aus. Im Hochtemperatur-Kreislauf strömt das Kühlmittel über zwei im Bereich der Trennwand angeordneten Kühlmitteleinlässe ein, durch die Wärmetauscherplatte hindurch und über die ringsegmentartig angeordneten Kühlmittelauslässe wieder aus. Die Fließrichtung des Kühlmittels ist dabei in beiden Kreisläufen entgegengesetzt zu der des zu kühlenden Mediums, beispielsweise der Ladeluft, um das Gegenstromprinzip verwirklichen zu können. In an advantageous development of the solution according to the invention, a coolant inlet and / or a coolant outlet is / is provided in the region of the connection of the partition wall to the edge. Usually, the two semicircularly rounded longitudinal end regions of each heat exchanger plate also have a semicircular opening for the medium to be cooled, wherein one opening is designed as an inlet opening and the other opening as an outlet opening. In this case, coolant channels are arranged in the manner of a ring segment around the respective inlet or outlet opening. A flow through the stacked-plate heat exchanger is carried out by the medium to be cooled in that it first passes through the inlet opening (medium inlet) and then flows through the individual heat exchanger plates in the longitudinal direction, at the opposite end again deflected by 90 degrees and the outlet (medium outlet) can be dissipated. The coolant required for the exchange of heat, on the other hand, flows in, for example, in the low-temperature circuit via the coolant inlet arranged in the manner of a ring segment and out again via two coolant outlets arranged in the region of the dividing wall. In the high-temperature circuit, the coolant flows through two arranged in the region of the partition coolant inlets, through the heat exchanger plate and through the ring segment-like arranged coolant outlets again. The flow direction of the coolant is in both circuits opposite to that of the medium to be cooled, for example, the charge air in order to realize the countercurrent principle.

Die Kühlmitteleinlässe und/oder Kühlmittelauslässe können dabei einen dreieckigen Querschnitt aufweisen und ihren Schenkeln parallel zur Trennwand und zum Rand ausgerichtet sein. Selbstverständlich ist einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Querschnitt des Kühlmitteleinlasses bzw. des Kühlmittelauslasses ein rechtwinkliges Dreieck ausgebildet, wodurch die beiden Katheten des jeweiligen Kühlmitteleinlasses bzw. Kühlmittelauslasses parallel zur Trennwand bzw. zum Rand verlaufen. Ein derartiger Querschnitt des Kühlmitteleinlasses bzw. des Kühlmittelauslasses ist dabei mit einem entsprechenden Stanzwerkzeug vergleichsweise einfach herzustellen, wobei selbstverständlich die Eckbereiche der Querschnitte ausgerundet sind, um insbesondere eine Kerbwirkung reduzieren zu können. Je nachdem, wie lang sich der jeweilige Schenkel des dreieckförmigen Kühlmitteleinlasses bzw. Kühlmittelauslasses entlang der Trennwand erstreckt, kann Einfluss auf den für die Ladeluft bzw. das zu kühlende Medium durchgängigen Querschnitt genommen werden. Je geringer die sich entlang der Trennwand erstreckende Schenkellänge des Kühlmitteleinlasses bzw. des Kühlmittelauslasses ist, umso größer ist der für das zu kühlende Medium (Ladeluft) durchgängige Strömungsquerschnitt, wodurch geringere Druckverluste auf der Ladeluftseite zu erreichen sind. Selbstverständlich kann dabei die Schenkellänge des Kühlmitteleinlasses bzw. des Kühlmittelauslasses entlang der Trennwand auf der Hochtemperaturseite größer sein als auf der Niedertemperaturseite, wodurch auf der Niedertemperaturseite eine optimierte Ladeluftverteilung erreicht und eine erhöhte Kühlleistung erreicht werden können. The coolant inlets and / or coolant outlets may have a triangular cross section and their legs may be aligned parallel to the partition wall and the edge. Of course, in a particularly preferred embodiment, the cross section of the coolant inlet or of the coolant outlet is a right-angled triangle, as a result of which the two catheters of the respective coolant inlet or coolant outlet run parallel to the partition wall or to the edge. Such a cross section of the coolant inlet or of the coolant outlet is comparatively easy to produce with a corresponding punching tool, wherein, of course, the corner regions of the cross sections are rounded in order in particular to be able to reduce a notch effect. Depending on how long the respective leg of the triangular coolant inlet or coolant outlet extends along the dividing wall, it is possible to influence the cross-section which is continuous for the charge air or the medium to be cooled. The smaller the leg length of the coolant inlet or of the coolant outlet extending along the dividing wall, the greater is the flow cross section for the medium to be cooled (charge air), as a result of which lower pressure losses on the charge air side can be achieved. Of course, the leg length of the coolant inlet or of the coolant outlet along the dividing wall on the high-temperature side may be greater than on the low-temperature side, whereby an optimized charge air distribution can be achieved on the low-temperature side and increased cooling performance can be achieved.

Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.Other important features and advantages of the invention will become apparent from the dependent claims, from the drawings and from the associated figure description with reference to the drawings.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the particular combination given, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the present invention.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.Preferred embodiments of the invention are illustrated in the drawings and will be described in more detail in the following description, wherein like reference numerals refer to the same or similar or functionally identical components.

Es zeigen, jeweils schematisch,Show, in each case schematically,

1 eine Schnittdarstellung durch einen erfindungsgemäßen Stapelscheiben-Wärmeübertrager, 1 a sectional view through a stacked plate heat exchanger according to the invention,

2 eine Ansicht auf eine Wärmetauscherplatte des Stapelscheiben-Wärmeübertrager, 2 a view of a heat exchanger plate of the stacked plate heat exchanger,

3 Detailansichten eines Kühlmitteleinlasses bzw. Kühlmittelauslasses zweier benachbarter Wärmetauscherplatten, 3 Detailed views of a coolant inlet or coolant outlet of two adjacent heat exchanger plates,

4 eine Darstellung wie in 2, jedoch in einer Ebene eines zu kühlenden Mediums, 4 a representation like in 2 but in a plane of a medium to be cooled,

5a–d unterschiedlich ausgeprägte Querschnitte eines im Bereich einer Trennwand angeordneten Kühlmitteleinlasses bzw. Kühlmittelauslasses, 5a D different cross sections of a arranged in the region of a partition coolant inlet or coolant outlet,

6a–c unterschiedliche Verschaltungen des Ladeluftstroms in dem erfindungsgemäßen Stapelscheiben-Wärmeübertrager, 6a C different interconnections of the charge air flow in the stacked plate heat exchanger according to the invention,

6d–e unterschiedliche Verschaltungen der Kühlmittelströme in dem erfindungsgemäßen Stapelscheiben-Wärmeübertrager. 6d -E different interconnections of the coolant flows in the stacked plate heat exchanger according to the invention.

Entsprechend der 1, weist ein erfindungsgemäßer Stapelscheiben-Wärmeübertrager 1, der beispielsweise als Ladeluftkühler ausgebildet ist, einen Hochtemperatur-Kühlmittelkreislauf HT sowie einen Niedertemperatur-Kühlmittelkreislauf NT mit aufeinandergestapelten Wärmetauscherplatten 2 auf, die von zwei Kühlmitteln 3, 4 mit unterschiedlichen Temperaturniveaus durchströmt sind. Das Kühlmittel 3 strömt dabei mit im Vergleich zum Kühlmittel 4 höherem Temperaturniveau im Hochtemperatur-Kühlmittelkreislauf HT, wogegen das Kühlmittel 4 mit deutlich geringerem Temperaturniveau im Niedertemperatur-Kühlmittelkreislauf NT strömt. In entgegengesetzter Richtung wird der erfindungsgemäßen Stapelscheiben-Wärmeübertrager 1 von dem zu kühlenden Medium 5, beispielsweise Ladeluft, durchströmt, sodass der Stapelscheiben-Wärmeübertrager 1 im Gegenstromprinzip arbeitet. According to the 1 , Has a stacked plate heat exchanger according to the invention 1 , which is designed for example as a charge air cooler, a high-temperature coolant circuit HT and a low-temperature coolant circuit NT with stacked heat exchanger plates 2 on top of that of two coolants 3 . 4 flows through different temperature levels. The coolant 3 flows with it compared to the coolant 4 Higher temperature level in the high-temperature coolant circuit HT, whereas the coolant 4 flows with significantly lower temperature level in the low-temperature refrigerant circuit NT. In the opposite direction, the stacked plate heat exchanger according to the invention 1 from the medium to be cooled 5 , For example, charge air flows through, so that the stacked plate heat exchanger 1 works in countercurrent principle.

Um nun den Hochtemperatur-Kühlmittelkreislauf HT vom Niedertemperatur-Kühlmittelkreislauf NT wirkungsvoll trennen und zugleich beide Kreisläufe HT und NT im selben Stapelscheiben-Wärmeübertrager 1 unterbringen zu können, weisen die Wärmetauscherplatten 2 eine geprägte Trennwand 6 (vergleiche die 2 bis 6) auf, die den Hochtemperatur-Kühlmittelkreislauf HT vom Niedertemperatur-Kühlmittelkreislauf NT trennt. In order to effectively separate the high-temperature coolant circuit HT from the low-temperature coolant circuit NT and at the same time both circuits HT and NT in the same stacked plate heat exchanger 1 to accommodate, have the heat exchanger plates 2 an embossed partition 6 (compare the 2 to 6 ), which separates the high-temperature refrigerant circuit HT from the low-temperature refrigerant circuit NT.

Darüber hinaus besitzen sämtliche Wärmetauscherplatten 2 einen umlaufend aufgestellten Rand 7, über welchen sie mit einer benachbarten, beispielsweisen einer darunter oder darüber angeordneten Wärmetauscherplatte 2 verlötet sind, wobei die Trennwand 6 jeweils längsendseitig mit dem Rand 7 verbunden ist. Die Trennwand 6 kann dabei orthogonal auf dem jeweiligen Rand 7 treffen, wie dies beispielsweise gemäß den Ausführungsformen 2 bis 5b sowie 5d und 6 gezeigt ist. Alternativ hierzu ist auch vorstellbar, dass die Trennwand 6 in einem spitzen Winkel auf den Rand 7 trifft, wie dies beispielsweise gemäß der 5c dargestellt ist. In addition, all have heat exchanger plates 2 a peripheral edge 7 via which it communicates with an adjacent, for example, a heat exchanger plate arranged thereunder or above 2 are soldered, with the partition wall 6 each longitudinally with the edge 7 connected is. The partition 6 can be orthogonal on the respective edge 7 meet as for example according to the embodiments 2 to 5b such as 5d and 6 is shown. Alternatively, it is also conceivable that the partition 6 at an acute angle to the edge 7 meets, as for example according to the 5c is shown.

Im Bereich der Anbindung der Trennwand 6 an den Rand 7 sind/ist dabei ein Kühlmitteleinlass 8 und/oder ein Kühlmittelauslass 9 angeordnet. Die Kühlmitteleinlässe 8 bzw. die Kühlmittelauslässe 9 besitzen dabei gemäß den Ausführungsformen der 1 bis 5c einen dreieckigen, d.h. dreiecksförmigen Querschnitt und sind mit ihren Schenkeln Y (vergleiche die 5a bis 5c) parallel zur Trennwand 6 und mit ihren Schenkeln X am Rand 7 ausgerichtet. Der parallel zur Trennwand 6 ausgerichtete Schenkel Y des dreiecksförmigen Kühlmitteleinlasses 8 oder des Kühlmittelauslasses 9 kann dabei länger oder kürzer als der parallel zum Rand 7 ausgerichtete Schenkel X ausgebildet sein, wobei selbstverständlich auch vorstellbar ist, dass beide Schenkel X, Y des dreiecksförmigen Kühlmitteleinlasses 8 oder des dreiecksförmigen Kühlmittelauslasses 9 gleich lang sind. Dem gegenüber weist der Rand 7 gemäß der 5d im Bereich der Trennwand 6 eine Wölbung nach Außen auf, wodurch der Kühlmitteleinlass 8 und der Kühlmittelauslass 9 einen zumindest annähernd kreissegmentartigen Querschnitt aufweisen und nach außen versetzt sind. In the area of the connection of the partition 6 to the edge 7 are / is a coolant inlet 8th and / or a coolant outlet 9 arranged. The coolant inlets 8th or the coolant outlets 9 own in accordance with the embodiments of the 1 to 5c a triangular, ie triangular cross-section and are with their legs Y (compare the 5a to 5c ) parallel to the partition 6 and with her thighs X on the edge 7 aligned. The parallel to the partition 6 aligned legs Y of the triangular coolant inlet 8th or the coolant outlet 9 can be longer or shorter than the parallel to the edge 7 aligned legs X may be formed, which of course is also conceivable that both legs X, Y of the triangular coolant inlet 8th or the triangular coolant outlet 9 are the same length. Opposite, the edge points 7 according to the 5d in the area of the partition 6 a bulge to the outside, causing the coolant inlet 8th and the coolant outlet 9 have an at least approximately circular segment-like cross-section and are offset to the outside.

Im Folgenden soll nun die Durchströmung des erfindungsgemäßen Stapelscheiben-Wärmeübertragers 1 genauer erläutert werden. Below is now the flow through the stacked-plate heat exchanger according to the invention 1 be explained in more detail.

Gemäß der 1 strömt dabei das zu kühlende Medium 5, beispielsweise die Ladeluft, von einem Mediumeinlass 10 durch die Wärmetauscherplatten 2 zu einem Mediumauslass 11 im Wesentlichen U-förmig durch den Stapelscheiben-Wärmeübertrager 1. In entgegengesetzter Richtung strömt der Niedertemperatur-Kühlmittelkreislauf NT sowie der Hochtemperatur-Kühlmittelkreislauf HT. Das Kühlmittel 4 strömt dabei zunächst über einen Kühlmitteleinlass 8' über ca. die Hälfte der Wärmetauscherplatten 2 zum im Bereich der Trennwand 6 gelegenen Kühlmittelauslass 9, wobei an der Trennwand 6 zwei Kühlmittelauslässe 9 angeordnet sind (vergleiche 2), während der Kühlmitteleinlass 8' ringsegmentförmig um den Mediumauslass 11 angeordnet ist. Über den Kühlmitteleinlass 8 strömt das Kühlmittel 3 nach der Trennwand 6 durch den Hochtemperatur-Kühlmittelkreislauf HT durch ebenfalls ca. die Hälfte der Wärmetauscherplatte 2 bis zum Kühlmittelauslass 9', der ringsegmentartig um den Mediumeinlass 10 verläuft.According to the 1 flows while the medium to be cooled 5 For example, the charge air from a medium inlet 10 through the heat exchanger plates 2 to a medium outlet 11 essentially U-shaped through the stacked plate heat exchanger 1 , In the opposite direction flows the low-temperature coolant circuit NT and the high-temperature coolant circuit HT. The coolant 4 initially flows through a coolant inlet 8th' over about half of the heat exchanger plates 2 for in the area of the partition wall 6 located coolant outlet 9 , being on the partition wall 6 two coolant outlets 9 are arranged (see 2 ) while the coolant inlet 8th' Ring segment around the medium outlet 11 is arranged. Via the coolant inlet 8th the coolant flows 3 after the partition 6 through the high-temperature coolant circuit HT by also about half of the heat exchanger plate 2 to the coolant outlet 9 ' , the ring segment around the medium inlet 10 runs.

Die Trennwand 6 ist dabei bei den Ausführungsformen gemäß den 1 bis 6 im Wesentlichen mittig, jedoch leicht in Richtung des Hochtemperatur-Kühlmittelkreislaufes HT verschoben, wodurch der Hochtemperatur-Kühlmittelkreislauf HT einen kürzeren wärmeübertragenden Kontakt zwischen dem zu kühlenden Medium 5 und dem Kühlmittel 3 aufweist. Zur Verbesserung der Wärmeübertragung können selbstverständlich Turbulenzeinlagen 12 vorgesehen werden. Ein Verschieben der Trennwand 6 kann durch ein einfaches Variieren bzw. Verschieben eines entsprechenden Trennsteges im zugehörigen Stanzwerkzeug zur Herstellung der Wärmetauscherplatten 2 erreicht werden. Zur Verbesserung des Wärmeübertrags können selbstverständlich auch Winglets oder eine Wellrippenstruktur eingesetzt werden.The partition 6 is in the embodiments according to the 1 to 6 substantially centrally, but slightly displaced in the direction of the high-temperature coolant circuit HT, whereby the high-temperature coolant circuit HT a shorter heat transfer contact between the medium to be cooled 5 and the coolant 3 having. To improve the heat transfer can of course turbulence inserts 12 be provided. Moving the partition 6 can by simply varying or moving a corresponding separating web in the associated punching tool for the production of the heat exchanger plates 2 be achieved. Of course, winglets or a corrugated rib structure can also be used to improve the heat transfer.

Betrachtet man die 5a, so kann man erkennen, dass der parallel zum Rand 7 verlaufende Schenkel X länger ausgebildet ist, als der parallel zur Trennwand 6 verlaufenden Schenkel Y des Kühlmittelauslasses 9, wodurch eine Breite Z des für die Ladeluft zur Verfügung stehenden Durchlassquerschnitts vergrößert und damit der Druckverlust auf der Ladeluftseite verringert werden kann.Looking at the 5a so you can see that it's parallel to the edge 7 extending leg X is formed longer than the parallel to the partition 6 extending leg Y of the coolant outlet 9 whereby a width Z of the passage cross-section available for the charge air can be increased and thus the pressure loss on the charge air side can be reduced.

Dem gegenüber ist der Kühlmittelauslass 9 gemäß der 5b mit einer deutlich reduzierten Schenkellänge des Schenkels Y parallel zur Trennwand 6 versehen, während der Kühlmitteleinlass 8 auf der Hochtemperaturseite, d.h. im Hochtemperatur-Kühlmittelkreislauf HT einen hierzu im Vergleich längeren Schenkel Y aufweist. Hierdurch wird für das zu kühlende Medium 5, d.h. die Ladeluft, auf der Niedertemperaturseite NT eine größere Breite Z des zur Verfügung stehenden Strömungsquerschnittes bereit gestellt, wodurch sich die Strömungsgeschwindigkeit auf der Niedertemperaturseite NT im Vergleich zur Hochtemperaturseite HT verringert und die niedertemperaturseitige Kühlleistung erhöht werden kann. Opposite is the coolant outlet 9 according to the 5b with a significantly reduced leg length of the leg Y parallel to the partition wall 6 provided while the coolant inlet 8th on the high temperature side, ie in the high-temperature coolant circuit HT has a comparatively longer leg Y for this purpose. This will be for the medium to be cooled 5 , that is, the charge air, provided on the low-temperature side NT a greater width Z of the available flow cross section, whereby the flow rate on the low temperature side NT compared to the high temperature side HT decreases and the low temperature side cooling capacity can be increased.

Die 5c zeigt eine Trennwand 6, welche in einem spitzen Winkel auf den Rand 7 auftritt, wobei die Trennwand 6 abgewinkelt ausgebildet ist. Der Kühlmittelauslass 9 ist dabei in Richtung der Niedertemperaturseite NT verschoben, wobei aufgrund der abgewinkelten Trennwand 6 bei gleichem Querschnitt ein größerer für das zu kühlende Medium 5, d.h. die Ladeluft, zur Verfügung stehender Strömungsquerschnitt bereit gestellt werden kann (größere Breite Z), wodurch auch ein geringerer Druckverlust auf der Ladeluftseite erreicht werden kann.The 5c shows a partition 6 which is at an acute angle to the edge 7 occurs, the partition 6 is formed angled. The coolant outlet 9 is shifted in the direction of the low temperature side NT, due to the angled partition 6 at the same cross-section, a larger for the medium to be cooled 5 , ie, the charge air, available flow cross-section can be provided (greater width Z), whereby a lower pressure drop on the charge air side can be achieved.

Bei der Wärmetauscherplatte 2 gemäß der 5d sind der Kühlmitteleinlass 8 und der Kühlmittelauslass 9 nach außen verlagert, wodurch die komplette Breite der Wärmetauscherplatte 2 (Breite = Z) für das zu kühlende Medium 5, d.h. für die Ladeluft, zur Verfügung steht. In diesem Fall ist der Rand 7 der Wärmetauscherplatte 2 im Bereich der Trennwand 6 nach außen gewölbt und der Kühlmitteleinlass 8 und der Kühlmittelauslass 9 weisen einen zumindest annähernd kreissegmentartigen Querschnitt auf. Hierdurch kann ein kleinstmöglicher Druckverlust auf der Ladeluftseite erreicht werden. At the heat exchanger plate 2 according to the 5d are the coolant inlet 8th and the coolant outlet 9 shifted to the outside, eliminating the full width of the heat exchanger plate 2 (Width = Z) for the medium to be cooled 5 , ie for the charge air, is available. In this case, the edge is 7 the heat exchanger plate 2 in the area of the partition 6 arched outwards and the coolant inlet 8th and the coolant outlet 9 have an at least approximately circular segment-like cross-section. As a result, the smallest possible pressure loss on the charge air side can be achieved.

Entsprechend den 6a bis 6c sind mögliche Verschaltungen auf der Ladeluftseite, d.h. im Strömungspfad des zu kühlenden Mediums 5 dargestellt, wobei die dargestellten Varianten selbstverständlich auch gespiegelt möglich sind. Gemäß der 6a ist dabei der Stapelscheiben-Wärmeübertrager 1 derart ausgebildet, dass er vom zu kühlenden Medium 5, beispielsweise der Ladeluft, Uförmig durchströmt ist. Gemäß der 6b geschieht dies Z-förmig, wogegen es gemäß der 6c doppelt U-förmig erfolgt.According to the 6a to 6c are possible interconnections on the charge air side, ie in the flow path of the medium to be cooled 5 represented, wherein the illustrated variants are of course also mirrored possible. According to the 6a is the stacked plate heat exchanger 1 designed so that it from the medium to be cooled 5 , For example, the charge air, is flowed through U-shaped. According to the 6b this happens Z-shaped, whereas it according to the 6c double U-shaped.

In den 6d bis f sind mögliche Verschaltungen auf der Kühlmittelseite, d.h. für die beiden Kühlmittelströme 3, 4 dargestellt, wobei selbstverständlich auch in diesem Fall gespiegelte Varianten denkbar sind. Gemäß der 6d erfolgt dabei eine Durchströmung des Hochtemperatur-Kühlmittelkreislaufs HT mittels des Kühlmittels 3 U-förmig, ebenso wie das Kühlmittel 4 die Niedertemperaturseite NT U-förmig durchströmt. In analoger Weise erfolgt dies Z-förmig gemäß der 6e oder doppelt U-förmig gemäß der 6f. Selbstverständlich sind die dargestellten Varianten der Ladeluftseite und Kühlmittelseite beliebig miteinander kombinierbar, wobei rein theoretisch auch eine Gleichstromvariante (nicht dargestellt), denkbar ist.In the 6d to f are possible interconnections on the coolant side, ie for the two coolant streams 3 . 4 represented, of course, in this case mirrored variants are conceivable. According to the 6d In this case, there is a flow through the high-temperature coolant circuit HT by means of the coolant 3 U-shaped, as well as the coolant 4 flows through the low temperature side NT U-shaped. In an analogous manner, this is Z-shaped according to the 6e or double U-shaped according to the 6f , Of course, the illustrated variants of the charge air side and the coolant side can be combined with one another in any desired manner, whereby a direct current variant (not shown) is also conceivable theoretically.

Mit dem erfindungsgemäßen Stapelscheiben-Wärmeübertrager 1 lässt sich ein kompakt bauender zweistufiger Wärmeübertrager schaffen, wodurch einerseits Bauraumvorteile und andererseits eine optimierte Kühlung erreicht werden können.With the stacked-plate heat exchanger according to the invention 1 can create a compact two-stage heat exchanger, which on the one hand space advantages and on the other hand, an optimized cooling can be achieved.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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Claims (10)

Stapelscheiben-Wärmeübertrager (1), insbesondere ein Ladeluftkühler, mit einem Hochtemperatur-Kühlmittelkreislauf (HT) und einem Niedertemperatur-Kühlmittelkreislauf (NT), mit aufeinandergestapelten Wärmetauscherplatten (2), die von zwei Kühlmitteln (3, 4) mit unterschiedlichem Temperaturniveau im Hochtemperatur-Kühlmittelkreislauf (HT) und im Niedertemperatur-Kühlmittelkreislauf (NT) einerseits und einem zu kühlenden Medium (5), insbesondere Ladeluft, andererseits durchströmt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmetauscherplatten (2) eine geprägte Trennwand (6) zur Trennung des Hochtemperatur-Kühlmittelkreislaufs (HT) und des Niedertemperatur-Kühlmittelkreislaufs (NT) aufweisen.Stacking plate heat exchanger ( 1 ), in particular a charge air cooler, with a high-temperature coolant circuit (HT) and a low-temperature coolant circuit (NT), with heat exchanger plates stacked on one another ( 2 ), of two coolants ( 3 . 4 ) with different temperature levels in the high-temperature coolant circuit (HT) and in the low-temperature coolant circuit (NT) on the one hand and a medium to be cooled ( 5 ), in particular charge air, on the other hand are flowed through, characterized in that the heat exchanger plates ( 2 ) an embossed partition wall ( 6 ) for separating the high-temperature refrigerant circuit (HT) and the low-temperature refrigerant circuit (NT). Stapelscheiben-Wärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stapelscheiben-Wärmeübertrager (1) als Gegenstromkühler ausgebildet ist.Stacked plate heat exchanger according to claim 1, characterized in that the stacked plate heat exchanger ( 1 ) is designed as a counterflow cooler. Stapelscheiben-Wärmeübertrager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmetauscherplatten (2) einen umlaufenden aufgestellten Rand (7) aufweisen, über welchen sie mit einer benachbarten Wärmetauscherplatte (2) verlötet sind, wobei die Trennwand (6) jeweils längsendseitig mit einem Rand (7) verbunden ist. Stacked plate heat exchanger according to claim 1 or 2, characterized in that the heat exchanger plates ( 2 ) a circumferential raised edge ( 7 ) via which it is connected to an adjacent heat exchanger plate ( 2 ) are soldered, wherein the partition ( 6 ) each longitudinally with an edge ( 7 ) connected is. Stapelscheiben-Wärmeübertrager Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennwand (6) orthogonal oder in einem spitzen Winkel auf den Rand (7) trifft. Stacking plate heat exchanger claim 3, characterized in that the partition wall ( 6 ) orthogonal or at an acute angle to the edge ( 7 ) meets. Stapelscheiben-Wärmeübertrager nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Anbindung der Trennwand (6) an den Rand (7) zumindest ein Kühlmitteleinlass (8) oder ein Kühlmittelauslass (9) angeordnet ist. Stacked plate heat exchanger according to claim 3 or 4, characterized in that in the region of the connection of the partition wall ( 6 ) to the edge ( 7 ) at least one coolant inlet ( 8th ) or a coolant outlet ( 9 ) is arranged. Stapelscheiben-Wärmeübertrager nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlmitteleinlass (8) und/oder der Kühlmittelauslass (9) einen dreieckigen Querschnitt aufweisen und mit ihren Schenkeln (Y) parallel zur Trennwand (6) und mit ihren Schenkeln (X) parallel zum Rand (7) ausgerichtet sind. Stacked plate heat exchanger according to claim 5, characterized in that the coolant inlet ( 8th ) and / or the coolant outlet ( 9 ) have a triangular cross-section and with their legs (Y) parallel to the partition ( 6 ) and with their thighs (X) parallel to the edge ( 7 ) are aligned. Stapelscheiben-Wärmeübertrager nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, – dass der parallel zur Trennwand (6) ausgerichtete Schenkel (Y) des dreiecksförmigen Kühlmitteleinlass (8) oder Kühlmittelauslass (9) länger oder kürzer ist als der parallel zum Rand (7) ausgerichtete Schenkel (X) des dreiecksförmigen Kühlmitteleinlass (8) oder Kühlmittelauslass (9), oder – dass beide Schenkel (X, Y) des dreiecksförmigen Kühlmitteleinlass (8) oder Kühlmittelauslass (9) gleich lang sind. Stacked plate heat exchanger according to claim 6, characterized in that - parallel to the partition wall ( 6 ) aligned legs (Y) of the triangular-shaped coolant inlet ( 8th ) or coolant outlet ( 9 ) is longer or shorter than the one parallel to the edge ( 7 ) aligned legs (X) of the triangular-shaped coolant inlet ( 8th ) or coolant outlet ( 9 ), or - that both legs (X, Y) of the triangular-shaped coolant inlet ( 8th ) or coolant outlet ( 9 ) are the same length. Stapelscheiben-Wärmeübertrager nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Rand (7) der Wärmetauscherplatte (2) im Bereich der Trennwand (6) nach außen gewölbt ist und der Kühlmitteleinlass (8) und/oder der Kühlmittelauslass (9) einen zumindest annähernd kreissegmentartigen Querschnitt aufweisen. Stacked plate heat exchanger according to claim 5, characterized in that the edge ( 7 ) of the heat exchanger plate ( 2 ) in the region of the partition ( 6 ) is curved outward and the coolant inlet ( 8th ) and / or the coolant outlet ( 9 ) have an at least approximately circular segment-like cross-section. Stapelscheiben-Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Stapelscheiben-Wärmeübertrager (1) derart ausgebildet ist, dass er vom zu kühlenden Medium (5), beispielsweise der Ladeluft, U-förmig, Z-förmig oder doppelt U-förmig durchströmt wird. Stacked plate heat exchanger according to one of claims 1 to 8, characterized in that the stacking plate heat exchanger ( 1 ) is designed such that it depends on the medium to be cooled ( 5 ), for example, the charge air, U-shaped, Z-shaped or double U-shaped flows through. Stapelscheiben-Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, – dass der Stapelscheiben-Wärmeübertrager (1) derart ausgebildet ist, dass das Kühlmittel (3) den Hochtemperatur-Kühlmittelkreislauf (HT), U-förmig, Z-förmig oder doppelt U-förmig durchströmt, und/oder – dass der Stapelscheiben-Wärmeübertrager (1) derart ausgebildet ist, dass das Kühlmittel (4) den Niedertemperatur-Kühlmittelkreislauf (NT) U-förmig, Z-förmig oder doppelt U-förmig durchströmt. Stacked plate heat exchanger according to one of claims 1 to 9, characterized in that - the stacked plate heat exchanger ( 1 ) is designed such that the coolant ( 3 ) flows through the high-temperature coolant circuit (HT), U-shaped, Z-shaped or double U-shaped, and / or - that the stacked plate heat exchanger ( 1 ) is designed such that the coolant ( 4 ) flows through the low-temperature coolant circuit (NT) U-shaped, Z-shaped or double U-shaped.
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