DE3906747C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen im Kreuzgegenstromverfahren betriebenen Ladeluftkühler nach dem Oberbegriff des Patent­ anspruches 1.

Ladeluftkühler dieser Art sind bekannt (Prospekt Behr Lade­ luftkühler von 1981 (Ladeluft/Wasserkühler)). Bei Ladeluft­ kühlern dieser Art, die insbesondere für Großmotoren und Motoren für Nutzfahrzeuge verwendet werden, treten auf der Ladelufteintrittsseite Lufttemperaturen von ca. 250°C auf. Die Wandtemperaturen der Rohre auf der Lufteintrittsseite können daher über 110°C betragen, so daß auf der Kühlmittelseite, d. h. im Inneren der Rohre, Siedekondensation des Wassers eintreten kann. Die an den Stellen der Siedekondensation in sich zu­ sammenfallenden Dampfblasen führen zu einer Werkstoffschädi­ gung, zum Beispiel zu einem Werkstoffabtrag an den Trennblechen und Aluminiumprofilen. Dies kann zu Undichtheiten und zum vor­ zeitigen Ausfall des Wärmetauschers führen.

Es ist bei als Ladekühler eingesetzten Kreuzstromwärmetauschern schon bekannt gewesen (DE-OS 23 42 787), den Wärmeaustausch in Richtung des Luftstromes zu erhöhen, um die zu starke Auf­ heizung der als erstes mit der heißen Ladeluft in Berührung kommenden Rohrreihe und die dadurch bedingte Ausscheidung von Härtebildnern und Salzen zu vermeiden. Man hat dort vorgesehen, die Anzahl der Rippen in Strömungsrichtung der Ladeluft zu er­ höhen, in den ersten Rohrreihen die Rippen zu entfernen oder dort eine Wärmeisolation an den Rohren anzuordnen. Alle diese Maßnahmen sind aber relativ aufwendig und machen eine Änderung des Rippenrohrblockes erforderlich.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Ladeluft­ kühler der eingangs genannten Art so auszubilden, daß die unerwünschte Heißdampfkorrosion (Kavitation) im Bereich der auf der Lufteintrittsseite liegenden Rohre ohne Änderung des Rippenrohrblockes sicher vermieden wird. Zur Lösung wird gemäß dem Patentanspruch 1 vorgesehen, daß zumindest eine der an der Eintrittsseite der Ladeluft gelegenen Rohrreihen unmittelbar mit einem Teilstrom des mit der Ausgangstemperatur in die Eintrittskammer des Wasser­ kastens eintretenden Wassers versorgt wird. Ladeluftkühler der eingangs genannten Art werden im Kreuzgegenstromverfahren betrieben, so daß das Kühlwasser bereits mit einer entsprechen­ den Temperaturerhöhung in den ersten Block bzw. in die ersten Reihen der Rohre an der Lufteintrittsseite eingeleitet wird. Damit ergibt sich auch eine höhere Wandtemperatur in diesem Bereich. Das kann durch die Maßnahmen des Anspruches 1 ver­ mieden werden, weil durch die Einleitung von Wasser mit der Eintrittstemperatur, die etwa 50°C beträgt, auch die Wand­ temperatur der ersten Rohrreihen niedriger bleibt, so daß auch auf diese Weise die unerwünschte Heißdampfkorrosion im Luft­ eintrittsbereich vermieden werden kann.

Nach den Unteransprüchen 2 und 3 läßt sich diese Teilstrombe­ aufschlagung in sehr einfacher Weise durch einen Bypass reali­ sieren.

Die Erfindung ist in der Zeichnung anhand eines Ausführungs­ beispieles dargestellt und wird im folgenden erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 die Frontansicht eines Ladeluftkühlers gemäß der Erfindung, bei der die Rohrtemperatur im Luftein­ trittsbereich durch unmittelbare Zuführung eines Kühlwasserteilstromes mit der Wassereintritts­ temperatur niedriger gehalten wird,

Fig. 2 den Schnitt längs der Linie IV-IV in Fig. 1 und

Fig. 3 die Draufsicht auf den Ladeluftkühler der Fig. 1 und 2 mit schematisch eingezeichneten Pfeilen, welche die Strömung des Kühlwassers andeuten.

In den Fig. 1 bis 3 ist eine Ausführungsform eines Lade­ luftkühlers gemäß der Erfindung gezeigt, mit der die un­ erwünschte Dampfbildung im Eintrittsbereich der Ladeluft ver­ mieden werden kann. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 und 2 wird zu diesem Zweck vorgesehen, daß dem Eintrittsbereich (15) der in Richtung des Pfeiles (14) durch den Ladeluftkühler strömenden Luft unmittelbar ein Teilstrom des in den Ein­ trittsstutzen (60) des oberen Wasserkastens (20) mit der Aus­ gangstemperatur eintretenden Kühlwassers zugeführt wird. Während daher der grundsätzliche Aufbau des Ladeluftkühlers (1′) der Fig. 1 bis 3 bezüglich der Anordnung eines oberen Wasserkastens (20), eines unteren Wasserkastens (3) und der beiden Seitenteile (13) sowie hinsichtlich der Anordnung der Flachrohre (4) mit den dazwischenliegenden Lamellen (5) dem eines üblichen Ladeluftkühlers mit Ausnahme der Anordnung durchgehend gleichbleibender Lamellen (5) gleich ist, wird jedoch der obere Wasserkasten (20) anders ausgebildet, um die Teilstromzuführung kalten Wassers zum Eintrittsbereich (15) sicherzustellen.

Während bei bekannten Ausführungsformen die Trennwand (8) im Inneren des oberen Wasserkastens (2) dafür sorgt, daß der gesamte durch den Eintrittsstutzen (6) eintretende kalte Wasserstrom zunächst nach unten zum unteren Wasserkasten (3) umgelenkt und erst von dort aus wieder nach oben zurück zum Austrittsstutzen (11) geführt wird, ist beim oberen Wasser­ kasten (20) der Fig. 1 bis 3 die entsprechende Trennwand (80) nicht über den gesamten Bereich durchgeführt, sondern durch zwei seitliche Durchlaßkanäle (25) unterbrochen, durch die das in den Eintrittsstutzen (60) im Sinne des Pfeiles (7) mit der Ausgangstemperatur eintretende, noch kalte Kühlwasser in einen Raum (26) eintreten kann, der oberhalb des Eintrittsbereiches (15) der Ladeluft liegt und beim Ausführungsbeispiel über die Breite der beiden ersten Flachrohrreihen verläuft. Das kalte Kühlwasser tritt daher zunächst in den sich über die gesamte Kühlerbreite erstreckenden Eintrittsraum (27) ein, strömt von dort zum einen - in an sich bekannter Weise - nach unten in den hinteren Teil der Flachrohre (4), wird dann im Sinn der Pfeile (9) im unteren Wasserkasten (3) umgelenkt und strömt dann wieder von unten nach oben durch die Flachrohre, die oben von der ringsum laufenden Wandung (28) abgeschlossen werden. Der von der Wandung (28) eingerahmte Raum wiederum steht hinter der Trennwand (80) und neben den Durchströmkanälen (25) mit dem Raum (29) in Verbindung, von dem aus der Austrittsstutzen (110) nach außen führt. Parallel zu diesem Wasserkreislauf wird aber auch ein Teilstrom des kalten Kühlwassers seitlich durch die Kanäle (25), wie vorher angedeutet, in den Raum (26) gelangen, von dort durch die ersten beiden Flachrohre (4) nach unten geführt werden und dann zusammen mit dem übrigen Kühlwasser durch die in den von der Wand (28) hinter der Trennwand ge­ bildeten Raum und von dort aus zum Austrittsstutzen (110) strömen. Dieser Teilstrom ist mit den Pfeilen (30) gekenn­ zeichnet.

Dieser Teilstrom bewirkt, daß die Wandungen der ersten beiden Flachrohre (4), die im Eintrittsbereich der heißen Ladeluft liegen, kälter gehalten werden können als das der Fall ist, wenn in diesem Eintrittsbereich (15) nur Kühlwasser fließen würde, das bereits durch die hintere Gruppe der Rohre geleitet und im Sinn des Pfeiles (9) umgelenkt worden ist. Dieses Kühlwasser hat sich nämlich beim Durchströmen des Ladeluft­ kühlers bereits erheblich aufgeheizt, so daß dann die eingangs erwähnten Nachteile im Eintrittsbereich der heißen Ladeluft auftreten können. Durch die Umleitung eines Teilstromes im Sinne der Pfeile (30) in den Eintrittsbereich (15) bleiben die Flachrohre (4) im Eintrittsbereich etwas kühler und das durch­ strömende, noch kalte Kühlwasser wird nicht über den kritischen Wert aufgeheizt, der zu der unerwünschten Heißdampfkorrosion führen kann.

In Fig. 1 bis 3 ist schematisch der Verlauf des Teilstromes zu dem Raum (26) angedeutet. Es wird deutlich, daß dieser Teil­ strom im Sinne der Pfeile (30) seitlich durch die beiden Kanäle (25) strömt, während darunter - in dem von der Wand (28) und der Trennwand (80) definierten Raum, der in den Raum (29) über­ geht - die Rückströmung zum Austrittsstutzen (110) erfolgt.

Claims (3)

1. Im Kreuzgegenstromverfahren betriebener Ladeluftkühler mit einem Rippenrohrblock mit mehreren zwischen zwei Wasser­ kästen (20, 3) gehaltenen und von einem Wärmetauschmedium, insbesondere von im Wasser durchströmten Rohrreihen mit senk­ recht zu den Rohrachsen verlaufenden und zwischen den Rohren (4) liegenden rippenartigen Lamellen (5) und mit den Rippen­ rohrblock seitlich abschließenden Seitenteilen (13), zwischen denen die Ladeluft im wesentlichen senkrecht zu den Achsen der Rohre (4) durch die Lamellen (5) geführt ist, wobei in der Strömungsrichtung (14) der Ladeluft mehrere Rohrreihen hinter­ einander angeordnet sind, von denen die an der Austrittsseite der Ladeluft gelegenen Rohrreihen von einer Eintrittskammer (27) aus zuerst von Wasser mit der Ausgangstemperatur durch­ strömt werden, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine der an der Eintrittsseite (15) der Ladeluft gelegenen Rohrreihen (4) unmittelbar mit einem Teilstrom (30) des mit der Ausgangs­ temperatur in die Eintrittskammer (27) des Wasserkastens (20) eintretenden Wassers versorgt wird.

2. Ladeluftkühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Teilstrom (30) durch Strömungskanäle (25) geleitet ist, die durch Trennwände (28) von dem Raum (29) des zurückgeführten Wassers getrennt in einen oberhalb der ersten Rohrreihen (4) angeordneten Eintrittsraum (26) führen.

3. Ladeluftkühler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungskanäle (25) in beiden seitlichen Bereichen der Eintrittskammer (27) des Wassers im oberen Wasserkasten (20) angeordnet sind.