EP1687579B1 - Ladeluft-/kühlmittel-kühler - Google Patents

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EP1687579B1
EP1687579B1 EP04797760A EP04797760A EP1687579B1 EP 1687579 B1 EP1687579 B1 EP 1687579B1 EP 04797760 A EP04797760 A EP 04797760A EP 04797760 A EP04797760 A EP 04797760A EP 1687579 B1 EP1687579 B1 EP 1687579B1
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coolant
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air
panels
outlet
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Daniel Hendrix
Florian Moldovan
Jürgen Wegner
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Mahle Behr GmbH and Co KG
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Behr GmbH and Co KG
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D9/00—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D9/0031—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one heat-exchange medium being formed by paired plates touching each other
    • F28D9/0043—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one heat-exchange medium being formed by paired plates touching each other the plates having openings therein for circulation of at least one heat-exchange medium from one conduit to another
    • F28D9/005—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one heat-exchange medium being formed by paired plates touching each other the plates having openings therein for circulation of at least one heat-exchange medium from one conduit to another the plates having openings therein for both heat-exchange media
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D21/00—Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
    • F28D2021/0019—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for
    • F28D2021/008—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for for vehicles
    • F28D2021/0082—Charged air coolers

Definitions

  • the invention relates to a charge air / coolant radiator, in disk construction according to the preamble of claim 1.
  • a charge air / coolant cooler provided in disk construction, with a plurality of disks, wherein two adjacent disks a gap define, which is flowed through by coolant, and in each case one for the discs common coolant inlet and coolant outlet, wherein at least two coolant channels per coolant inlet and outlet are provided.
  • the coolant channels are preferably formed by in particular aligned apertures in the individual discs.
  • charge air / coolant radiator allows a good distribution of the heat transfer medium on the relevant for the heat transfer surface of the individual discs, which form the charge air / coolant radiator.
  • the uniform flow distribution reduces the boiling problem in charge air / coolant coolers used in such critical areas.
  • the distribution of the coolant is supported. If the discs are further formed axially symmetric with respect to their transverse axis, the assembly is simplified.
  • the branching and / or the merging are preferably circular-arc-shaped, so that a space-saving construction or the like around the individual discs together holding bolts. is possible.
  • a bend of 30 ° to 90 °, as seen in the flow direction, is preferably provided, wherein the forked part of the branching or merging is aligned parallel to the disks.
  • the coolant inlet entering two coolant channels after the branching preferably runs parallel to the coolant channels, while the two-part part of the branching is preferably arranged in a plane lying perpendicular thereto.
  • the coolant outlet which merges into the merge from two coolant channels preferably runs parallel to the coolant channels, while the two-part part of the branch is preferably arranged in a plane lying perpendicular thereto.
  • the supply can also be effected by means of two individual, separately formed tubes which are connected to one another via a Y-shaped connecting piece.
  • a mixture with water and glycol is preferably used as the heat transfer medium (coolant).
  • Coolant discs 2 Serving as a heat exchanger between charge air and coolant charge air / coolant radiator 1 has a plurality of stacked coolant discs 2.
  • two inlet openings 3 and two outlet openings 4 are provided in each coolant disc 2, is supplied by the heat transfer medium as coolant to the interstices of the coolant disks 2 and discharged from it.
  • the flow direction is illustrated in the figures by arrows.
  • the coolant spreads after entering through the inlet openings 3 over the entire width of the interstices of the coolant disks 2 and flows uniformly in the direction of the outlet openings 4 (see Fig.
  • the openings 3 and 4 of the stacked coolant disks 2 form coolant channels 5 and 6.
  • the areas of the openings 3 and 4 are formed correspondingly raised, so that there is sufficient space for the charge air to flow through between the coolant disks 2 and can be cooled.
  • the two coolant channels 5 begin - seen in the flow direction of the coolant - at a junction 7, which has a circular arc-shaped bifurcation 8 and a centrally arranged in the arc thereof, arranged parallel to the coolant channels 5 coolant inlet 9.
  • the coolant supplied through the coolant inlet 9 is divided equally between the two coolant channels 5.
  • the exit is formed.
  • the two coolant channels 6 end with a combination 10, which is formed according to the branch 7 and has a coolant outlet 11.

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  • Vaporization, Distillation, Condensation, Sublimation, And Cold Traps (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Ladeluft-/Kühlmittel-Kühler, in Scheibenbauweise gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Bei herkömmlichen Ladeluft-/Kühlmittel-Kühlern in Scheibenbauweise wird die Ladeluft und das Kühlmittel über je einen einzigen Stutzen in die Kühlmittelscheiben eingebracht. Ein derartiger Ladeluft-/Kühlmittel-Kühler ist aus der DE 195 11 991 bekannt und lässt insbesondere in Hinblick auf die Kühlleistung noch Wünsche offen.
  • Es ist Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten Ladeluft-/Kühlmittel-kühler zur Verfügung zu stellen.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Ladeluft-/Kühlmittel-kühler mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Erfindungsgemäß ist ein Ladeluft-/Kühlmittel-Kühler, in Scheibenbauweise vorgesehen, mit einer Mehrzahl von Scheiben, wobei zwei benachbarte Scheiben einen Zwischenraum definieren, der von Kühlmittel durchströmt ist, und je einem für die Scheiben gemeinsamen Kühlmittel Eintritt und Kühlmittel Austritt, wobei mindestens zwei Kühlmittel Kanäle je Kühlmittel Ein- und -Austritt vorgesehen sind. Die Kühlmittel Kanäle werden dabei vorzugsweise durch insbesondere miteinander fluchtende Durchbrüche in den einzelnen Scheiben gebildet.
  • Ein derartiger, erfindungsgemäß ausgebildeter Ladeluft-/Kühlmittel-Kühler ermöglicht eine gute Verteilung des Wärmeübertragermediums über die für die Wärmeübertragung relevante Fläche der einzelnen Scheiben, welche den Ladeluft-/Kühlmittel-Kühler bilden. Durch die gleichmäßige Strömungsverteilung verringert sich die Siedeproblematik bei in derart kritischen Bereichen eingesetzten Ladeluft-/Kühlmittel-Kühler.
  • Durch eine hinsichtlich der Kühlmittel Kanäle achssymmetrische Ausgestaltung der Scheiben bezüglich ihrer Längsachse wird die Verteilung des Kühlmittels unterstützt. Sind die Scheiben ferner achssymmetrisch bezüglich ihrer Querachse ausgebildet, so vereinfacht sich die Montage.
  • Es ist ein einzige Kühlmittel-Eintritt und ggs. ein Kühlmittel Austritt vorgesehen, der eine Verzweigung bzw. Zusammenführung aufweist. Dies ermöglicht einen relativ einfachen Aufbau bei verbessertem Wärmeübergang auf Grund der besseren Strömungsverteilung.
  • Die Verzweigung und/oder die Zusammenführung sind vorzugsweise kreisbogenförmig ausgebildet, so dass ein raumsparender Aufbau um die die einzelnen Scheiben zusammenhaltenden Bolzen o.ä. möglich ist.
  • Im Bereich der Verzweigung und/oder der Zusammenführung ist - in Strömungsrichtung gesehen - bevorzugt einen Knick von 30° bis 90° vorgesehen, wobei der gegabelte Teil der Verzweigung bzw. Zusammenführung parallel zu den Scheiben ausgerichtet ist.
  • Der in zwei Kühlmittel Kanäle nach der Verzweigung übergehend Kühlmittel-Eintritt verlauft bevorzugt parallel zu den Kühlmittel-Kanälen, während der zweiteilige Teil der Verzweigung bevorzugt in einer senkrecht hierzu liegenden Ebene angeordnet ist. Der aus zwei Kühlmittel-Kanälen in die Zusammenführung übergehende Kühlmittel-Austritt verläuft bevorzugt parallel zu den Kühlmittel-Kanälen, während der zweiteilige Teil der Verzweigung bevorzugt in einer senkrecht hierzu liegenden Ebene angeordnet ist. Dies ermöglicht einen kompakten und raumsparenden Aufbau des Ladeluft-/Kühlmittel-Kühlers Alternativ kann die Zuführung auch mittels zweier einzelner, getrennt ausgebildeter Rohre erfolgen, die über ein Y-förmiges Verbindungsstück miteinander verbunden sind.
  • Zur Kühlung der Ladeluft wird vorzugsweise ein Gemisch mit Wasser und Glykol als Wärmeübertragermedium (Kühlmittel) verwendet.
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung im Einzelnen erläutert. In der Zeichnung zeigen:
    • Fig. 1
    eine schematisierte perspektivische Explosionsdarstellung eines Ladeluft-/Kühlmittel-Kühlers in Scheibenbauweise gemäß dem Ausführungsbeispiel,
    Fig. 2
    eine perspektivische Darstellung des Ladeluft-/Kühlmittel- Kühlers von Fig. 1,
    Fig. 3
    einen Schnitt durch den Ladeluft-/Kühlmittel-Kühler von Fig. 1 entlang Linie III-III in Fig. 4, und
    Fig. 4
    einen Schnitt durch den Ladeluft-/Kühlmittel-Kühler von Fig. 1 entlang Linie IV-IV in Fig. 3.
  • Ein als Wärmeübertrager zwischen Ladeluft und Kühlmittel dienender Ladeluft-/Kühlmittel-Kühler 1 weist eine Mehrzahl von aufeinandergestapelten Kühlmittel-Scheiben 2 auf. Hierbei sind in jeder Kühlmittel-Scheibe 2 je zwei Eintrittsöffnungen 3 und zwei Austrittsöffnungen 4 vorgesehen, durch die als Wärmeübertragermedium Kühlmittel den Zwischenräumen der Kühlmittel-Scheiben 2 zugeführt bzw. von ihm abgeführt wird. Die Strömungsrichtung ist in den Figuren durch Pfeile verdeutlicht. Dabei verbreitet sich das Kühlmittel nach dem Eintritt durch die Eintrittsöffnungen 3 über die gesamte Breite der Zwischenräume der Kühlmittel-Scheiben 2 und strömt gleichmäßig in Richtung der Austrittsöffnungen 4 (siehe Fig. 3), so dass die gesamte Länge und Breite der Zwischenräume zwischen den Ein- und Austrittsöffnungen 3 und 4 gleichmäßig durchströmt wird und ein optimaler Wärmeübergang von der zu kühlenden Ladeluft, die zwischen den einzelnen Kühlmittel-Scheiben 2 den Ladeluft-/Kühlmittel-Kühler 1 durchströmt, erfolgen kann.
  • Die Öffnungen 3 und 4 der aufeinandergestapelten Kühlmittel-Scheiben 2 bilden Kühlmittel-Kanäle 5 und 6. Hierfür sind die Bereiche der Öffnungen 3 und 4 entsprechend erhaben ausgebildet, so dass ausreichend Zwischenraum vorhanden ist, damit die Ladeluft zwischen den Kühlmittel-Scheiben 2 durchströmen und gekühlt werden kann.
  • Die beiden Kühlmittel-Kanäle 5 beginnen - in Strömungsrichtung des Kühlmittels gesehen - an einer Verzweigung 7, die eine kreisbogenförmige Gabelung 8 und einen zentral im Kreisbogen derselben angeordneten, parallel zu den Kühlmittel-Kanälen 5 angeordneten Kühlmittel-Eintritt 9 aufweist. So wird das durch den Kühlmittel-Eintritt 9 zugeführte Kühlmittel gleichmäßig auf die beiden Kühlmittel-Kanäle 5 aufgeteilt.
  • Entsprechend dem Eintritt ist der Austritt ausgebildet. So enden die beiden Kühlmittel-Kanäle 6 mit einer Zusammenführung 10, die entsprechend der Verzweigung 7 ausgebildet ist und einen Kühlmittel-Austritt 11 aufweist.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Ladeluft-/Kühlmittel-Kühler
    2
    Kühlmittel-Scheibe
    3
    Eintrittsöffnung
    4
    Austrittsöffnung
    5
    Kühlmittel-Kanal
    6
    Kühlmitfiel-Kanal
    7
    Verzweigung
    8
    Gabelung
    9
    Kühlmittel-Eintritt
    10
    Zusammenführung
    11
    Kühlmittel-Austritt

Claims (9)

  1. Ladeluft-/Kühlmittel-Kühler (1) in Scheibenbauweise mit einer Mehrzahl von Scheiben (2), wobei zwei benachbarte Scheiben (2) einen Zwischenraum definieren, der von Kühlmittel durchströmt ist, und je einem Kühlmittel -Eintritt (9) und Kühlmittel-Austritt (11), wobei mindestens zwei Kühlmittel-Kanäle (5, 6) je Kühlmittel-Ein- und -Austritt (9 bzw. 11) vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlmittel-Eintritt (9) eine Verzweigung (7) aufweist zur Zuführung von Kühlmittel zu zumindest zwei Kühlmittel-Kanälen (5) und die Verzweigung zuströmseitig vor den Scheiben (2) angeordnet ist, wobei die Scheiben - (2) je zwei Eintrittsöffnungen (3) und zwei Austrittsöffnungen (4) aufweisen, durch die Kühlmittel den Zwischenräumen der Scheiben (2) zugeführt bzw. von ihnen abgeführt wird und die Eintrittsöffnungen (3) und die Austrittsöttnungen (4) identisch ausgebildet sind. und dass die Scheiben (2) eine Ladelufteintrittsöffnung und eine Ladeluftaustrittsöffnung aufweisen wobei ein erster Abstand zwischen dem Mittelpunkt der Ladelufteintrittsöffnung und dem Mittelpunkt der Ladeluftaustrittsöffnung größer als ein kürzester zweiter Abstand zwischen dem Mittelpunkt einer Eintrittsöffnung (3) und dem Mittelpunkt einer Austrittsöffnung (4) ist.
  2. Ladeluft-/Kühlmittel-Kühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlmittel-Kanäle (5, 6) senkrecht zur Ebene der Scheiben (2) verlaufen.
  3. Ladeluft-/Kühlmittel-Kühler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheiben (2) hinsichtlich der Kühlmittel-Kanäle (5, 6) achssymmetrisch bezüglich ihrer Längsachse ausgebildet sind.
  4. Ladeluft-/Kühlmittel-Kühler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Scheiben (2) hinsichtlich der Kühlmittel-Kanäle (5, 6) achssymmetrisch bezüglich ihrer Querachse ausgebildet sind.
  5. Ladeluft-/Kühlmittel-Kühler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlmittel Austritt (11) eine Verzweigung (7) bzw. Zusammenführung (10) aufweist.
  6. Ladeluft-/Kühlmittel-Kühler nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzweigung und/oder Zusammenführung (7 bzw. 10) kreisbogenförmig ausgebildet ist.
  7. Ladeluft-/Kühlmittel-Kühler nach einem der Ansprüche 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Verzweigung (7) und/oder der Zusammenführung (10) in Strömungsrichtung gesehen ein Knick von 30° bis 90° vorgesehen ist.
  8. Ladeluft-/Kühlmittel-Kühler nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der in zwei Kühlmittel-Kanäle (5) nach der Verzeigung (7) übergehende Kühlmittel-Eintritt (9) parallel zu dem Kühlmittel-Kanälen (5) verläuft, während der zweiteilige Teil der Verzweigung (7) in einer senkrecht hierzu liegenden Ebene angeordnet ist.
  9. Ladeluft-/Kühlmittel-Kühler nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der aus zwei Kühlmittel-Kanälen (6) in die Zusammenführung (10) übergehende Kühlmittel -Austritt (11) parallel zu den Kühlmittel Kanälen (6) verläuft, während der zweiteilige Teil der Verzweigung (7) in einer senkrecht hierzu liegenden Ebene angeordnet ist.
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