SE528278C2 - Laddluftkylare - Google Patents

Description

528 278 primerade luften kondenserar så att vatten i vätskeform fälls ut inuti laddluftkylaren.

Då den omgivande luftens temperatur är mycket låg fmns det även en risk att vattnet i vätskeform fryser till is inuti laddluñkylaren. En sådan ilsbildning sker till stor del på metallplåtarnas ytor. Eftersom metallplåtama tillhandahåller relativt smala flödesbanor för den komprimerade luften föreligger det här en risk att isen täpper igen flödesbanor- na. Lufitillflödet till förbränningsmotorn kan i sådana fall reduceras till en nivå vid vilken driftsstönringar uppstår.

US 4 246 963 visar en värmeväxlare som företrädesvis används i flygplan. Värmeväx- laren innefattar ett kylarpaket med separata kanaler för kall luft och för varm luft. De olika kanalerna är växelvis anordnade ovanför varandra och de har en väsentligen vin- kelrät sträckning genom kylarpaketet i förhållande till varandra. Den kalla luften inne- håller många gånger kristaller av is. Då sådan kall luft leds in i värmeväxlaren kan formationer av is bildas vid inloppet till den kalla luftens kanaler. Sådana formationer av is kan mer eller mindre stoppa upp flödet av kall luft genom värmeväxlaren. För att lösa detta problem har en rörformig balkelement anordnats vid inloppet till den kalla luftens kanaler. Varm luft leds här parallellt genom den rörformiga balkelementet och de ordinarie kanalerna för den varma luften. Den Vanna lufien som leds genom balk- elementet värmer upp balkelementet utvändiga yta som definierar inloppet för den kalla luftens kanaler. Balkelementets utvändiga yta tillhandahåller därmed en så pass hög temperatur att isbildning vid inloppen till den kalla luftens kanaler förhindras.

SAMMANFATTNING AV UPPFINNlNGEN Syftet med föreliggande uppfinning är tillhandahålla en luftkylare som har en kon- struktion som garanterar att luft kan ledas igenom kylaren även under omständigheter då lufien kyls av ett medium med en mycket låg temperatur.

Detta syfte uppnås med luftkylaren av det inledningsvis nämnda slaget, vilken känne- tecknas av de särdrag som anges i patentkravets 1 kätmetecknande del. Då mediet, som kan vara omgivande luft, har en mycket låg temperatur finns det en risk för att vatten- ångan i luften, som avses att kylas i luftkylaren, ikondenserar och fryser till is. Isbíld- ningen sker på den invändiga ytan hos de rörformiga elementen och på det värmeöver- förande elementets ytor. Eftersom det värmeöverförande elementet indelar passagen i relativt smala flödesbanor är det en uppenbar risk att flödesbanoma mer eller mindre täpps igen om is bildas på det värmeöverförande elementets ytor. Att anordna det vär- _æ 528 278 rneövertörande element i endast en del av passagens tvärsnitt medför att en långsträckt kanal tillhandahålls i den återstående delen av passagen. Om en sådan kanal ges en tillräcklig storlek fryser den väsentligen garanterat inte igen. Därmed kan ett lufiflöde väsentligen alltid upprätthållas genom lufikylaren. Den strömmande relativt varma luften genom den lângsträckta kanalen tillför även värme till det värmeledande ele- mentet. Därmed kan även isbildningarpå det värmeledande elementet successivt fäs att smälta och angränsande flödesbanor friläggas. ' Enligt en utföringsform av föreliggande uppfinning är nämnda långsträckta kanal an- ordnad vid en frontsida 'hos det rörfomiiga partiet med avseende på mediets ström- ningsriktning. Vid frontsidan strömmar kommer mediet först i kontakt med en yta hos det rörformiga partiet. Mediet här har sin lägsta temperatur. Den effektivaste kylning-_ en av det rörformiga elementet tillhandahålls således vid nämnda fiontsida. Med en sådan placering av den långsträckta kanalen kan lufien i kanalen många gånger tillhålla en fullt acceptabel kylning utan hjälp av ett värmeöverförande element. Enligt ett annat alternativt kan den långsträckta kanalen vara anordnad vid en baksida hos det rörfor- miga partiet med avseende på mediets strömningsriktning. Eftersom mediet successivt ' erhåller en högre temperatur under strömningen förbi det rörformiga elementet tillhan- dahålls vid baksidan av det rörformiga elementet en sämre kylverkan. Risken för is- bildning -i den långsträckta kanalen är här mindre. Den långsträckta kanalen kan där- med ges en mindre dirnension. Det är även möjligt att anordna kanalen i en mellanlig- gande del av passagen med värmeöverförande element monterade på motsatta sidor.

Enligt en arman föredragen utföringsfonn av föreliggande uppfinning har nämnda pas- sage en tvärsnittsprofil med en större utbredning i mediets strömningsrilctning än i en vinkelrät riktning mot nämnda strömningsñktrring. Med en sådan utfonnning av det rörformiga elementet erhåller det en relativt långsträckt kontaktyta med det strömman- de mediet, vilket gynnar kylningen av luften i det rörforrniga elementet. Med fördel har nämnda långsträckta kanal en tvärsnittsprofil med väsentligen samma bredd som höjd.

Om kanalen, exempelvis, har en tvärsnittsprofil med en underdimensioneraclutsträck- ning i höjd eller bredd är risken uppenbar att isen växer samman i den underdimensio- nerade utsträckningsriktrringen av kanalen så att kanalen täpps igen. Om kanalen istäl- let har en överdimensionerad utsträckning i en riktning erhålls en onödigt hög eller bred kanal. Med en sådan överdimensionerad kanal reduceras antalet flödesbanor, vilket leder till en försämrad kylning av luften som passerar genom det rörformiga 528 278 elementet. En optimal kanal torde därför ha väsentligen samma utbredning i höjd och bredd.

Enligt en fóredragen uttöringsform av föreliggande uppfinning innefattar kylaren ett flertal rörformiga element som är parallellt anordnade i en rad på ett avstånd från var- andra så att det bildas spalter mellan angränsande rörforrniga element genom vilka me- diet är inrättat att strömma. De rörforrniga elementen kan vara anordnade på väsentli- gen likformiga avstånd från varandra. Därmed erhålls en väsentligen likfonnig ström- ning avluften i spalterna mellan angränsande rörforrniga element. Luften kyls i och med det till väsentligen samma temperatur i samtliga rörformiga element.

Enligt en fóredragen utföringsforrn av föreliggande uppfinning är det rörforrniga ele- mentet tillverkat av en material som har goda värmeledande egenskaper. Därmed er- hålls en effektiv värmeöverfóring mellan det utvändiga mediet och luften i det rörfor- miga elementet. Det rörfomriga elementet kan vara tillverkat av aluminium som har utomordentliga värmeledande egenskaper. Företrädesvis är det värmeledande elemen- tet även tillverkat av en material som har goda värmeledande egenskaper. Även här är aluminium ett lämpligt material. Det värmeledande elementet kan vara tillverkat av ett veckat plåtmaterial. Ett plâtmaterial tillhandahåller en kontaktyta som är lätt att ge en form så att lämpliga flödesbanor kan bildas i passagen. Kontaktytoma kan ges en form så att en turbulent strömning genom flödesbanoma främjas. Ytoma kan, exempelvis, ges en gälliknande struktur. Därmed tillhandahålls en ännu effektivare kylning av luf- ten i det rörformiga elementet.

Enligt en iöredragen uttöringsforrn av föreliggande uppfinning är luflzkylaren en ladd- lufikylare som är inrättad att kyla luft som har ett övertryck. Laddluftskylare används bl.a. i fordon for att kyla komprimerad luft innan den leds till en överladdad förbrän- ningsmotor. Det är inte ovanligt att den komprimerade luften kyls i laddlufikylaren till en temperatur under daggpunktstemperaturen så att vattenångan i lufien kondenserar inuti laddlufikylaren. Konventionella laddluftkylare kyls vanligtvis medelst omgivande lufi. Har den omgivande luften en mycket låg temperatur fimis det även en risk att kondenserat vatten inuti laddlufikylaren fryser till is. Med den uppfmningsenliga långsträckta kanalen i laddlufikylarens rörformiga element kan väsentligen, under alla omständigheter, ett luftflöde upprätthållas genom laddluftkylaren avett värde som er- fordras för att driva av den överladdade törbrännlngsmotorn. 528 278 KORT BESKRIVNING AV RITNINGARNA I det följande beskrivs, såsom exempel, föredragna utföringsformer av uppfinningen med hänvisning till bifogad ritningar, på vilka: Fig. I visar en laddlufikylare enligt föreliggande uppfinning, Fig. 2 visar ett tvärsnitt genom -laddluftkylaren längs planet A-A i Fig. l och Fig. 3 visar en laddlufikylare enligt en alternativ utföringsformt DETALJBRAD BESKRIVNNG AV FÖREDRAGNA UTFöRmGsFoRMER Av UPPFmNmGEN Fig. 1 visar en laddluftkylare som, exempelvis, kan vara monterad vid ett fiontparti hos ett fordon som drivs av en överladdad förbränningsmotor. En överladdad förbrän- ningsmotor erfordrar tillförsel av komprimerad luft. Laddlufikylare har till uppgift att kyla den komprimerade luften innan den leds till förbränningsmotom. Laddlufikylaren innefattar ett inlopp l till en första samlingstank 2 för mottagning av varm komprime- rad luft från en kompressor. Den första samlingstanken 2 innefattar ett flertal invändiga öppningar via vilka den komprimerade luften kan ledas vidare till ett kylarpaket 3 som sträcker sig mellan den första samlingstanken 2_ och. en andra samlingstarilc 4. Kylarpa- ketet 3 innefattar ett flertal rörfonriiga element 5 som sträcker sig väsentligen rätlinjigt mellan den första samlingstariken 2 och den andra sarnlingstariken 4. De rörforrniga elementen 5 är parallellt anordnade vertikalt ovanför varandra. De rörforrniga elemen- ten 5 är anordnade på ett väsentligen likformiga avstånd från varandra så att regel- bundna spalter 7 erhålls mellan angränsande rörformíga element 5. Omgivande lufi kan därmed strömma genom nämnda spalter 7 mellan angränsande rörformiga element 5.

Strömmen av omgivande lufi genom kylarpaketet 3 kan åstadkommas av fordonets rörelse och/eller av en kylarfläkt som suger luft genom kylarpaketet 3. Den andra sam- lingstank 4 innefattar invändiga öppningar för mottagning av den kylda komprimerade luften från de respektive rörformiga elementen 5. Den kylda komprimerade luften leds ut från den andra samlingstanken 4, via ett utlopp 6, varefter den medelst lämpliga led- ningar leds till den överladdade förbränningsmotorn.

Fig. 2 visar en tvärsnittvy av fyra rörforniiga elementen 5 hos kylarpaketet 3. De rör- formiga elementen 5 har en identisk utformning. De rörforrniga elementen 5 är tillver- kade av ett material med en hög värmeledningsfórrnåga såsom, exempelvis, alumini- um. De rörforrniga elementen 5 har i tvärsnitt en väsentligen långsträckt profil med två 528 278 motliggande långsidor Sa, b som är väsentligen plana. De motliggande långsidoma Sa, b fórbinds av två motliggande kortsidor 5c, d som har en konvext rundad form utåt. De rörformiga elementen 5 har en utvändiga ytan 8 som definierar en kontaktyta med om- givande lufi. De rörformiga elementen 5 har en invändig yta 9 som definierar en passa- ge 10 för den komprimerade lufien då den leds mellan sarnlingstarikarna 2, 4.

Var och en av de rörformiga elementen 5 innefattar ett värmeledande element ll är fäst inuti passagen 10 i kontakt med den invändiga ytan 9 på ett antal ställen. Det värmele- dande elementet 11 är anordnat i passagen 10 för att öka den kylande kontaktytan med den komprimerade luften som leds genom passagen 10. Det värmeledande elementet 11 är tillverkat av ett material med god värmeledningsfórmåga såsom altuninium. Det värmeledande elementet 11 kan vara tillverkat av en aluminiumplåt som har veckats så att det indelar passagen i ett flertal väsentligen parallella flödesbanor 12. Var och en av flödesbanoma 12 erhåller därmed en relativt begränsad tvärsnittsarea. Den komprime- rade luften som strömmar genom passagen 10 i de respektive rörformiga elementen 5 är inrättad att kylas av omgivande luft. Den omgivande luften har en huvudsaklig strömningsriktning 14 mot kylarpaketet 3 som är väsentligen vinkelrätt mot ett plan 15 som sträcker sig centralt genom de vertikalt ovanför varandra anordnade rörformiga elementen 5. En del av den omgivande luften träffar emellertid den främre kortsidan 8c av ett rörformigt element 5 innan den strömmar genom en spalt 7 mellan två angrän- sande rörforrniga element 5. Den omgivande luft har i regel en avsevärt lägre tempe- ratur än den komprimerade luften i de rörformiga element 5. Då den omgivande luften kommer i kontakt med den utvändiga ytan 8 hos de rörformiga elementen 5 tillhanda- håller den en kylning av de utvändiga ytoma 8. Eftersom de rörformiga elementen 5 i ' och det värmeövertörande elementet ll består av material med goda värmeledande egenskaper tillhandahåller även den invändiga ytan 9 och det värmeöverförande ele- mentet ll hos de respektive rörformiga elementen 5 en effektiv kylning. Den invändiga ytan 9 och det värmeöverförande elementet 11 tillhandahåller därmed en mycket ef- fektiv kylning av den komprimerade luften i passagerna 10 hos de respektive rörfor- miga elementen 5.

Då den omgivande lufitemperattiren är låg kan den komprimerade lufien i laddlufllqla- ren kylas till en temperatur som är lägre än den komprimerade luftens daggpunktstem- peratiir. I sådana fall kondenserar vattenångan hos den komprimerade lufien så att vat- ten i vätskeform falls ut inuti passagema 10 hos de respektive rörformiga elementen 5. Är den omgivande lufiens temperatur mycket låg finns det en risk rör att kondenserat 528 278 vatten fryser till is inuti passagerna 10. Isbildningen kommer här att ske på den invän- diga ytan 9 hos de rörformiga elementen 5 och på det värmeöverförande elementets 11 ytor. Eftersom det värmeöverförande elementet 11 tillhandahåller flödesbanor 12 med en relativt liten tvärsnittsarea är det en uppenbar risk att flödesbanor 12 mer eller mind- re täpps igen om is bildas på det värmeöverförande elementets 11 ytor. I sådana fall uppkommer drifisstörningar hos förbränningsmotorn till följd av en otillräcklig lufttill- försel.

Enligt föreliggande uppfinning har det värmeledande elementet ll dock en storlek så att det endast upptar en del av passagens 10 tvärsnitt så att det i en resterande del av passagens tvärsnitt bildas en kanal 13 som har en större tvärsnittsarea än tvärsnittsare- oma för de respektive enskilda flödesbanorna 12 som är formade av det värmeledande elementet 11. I Fig. 2 har det vårmeledande elementet 11 arrangerats i passagen 10 så att nämnda kanal 13 bildas vid den främre kortsidan 5c hos de rörformiga elementet 5 i förhållande till den omgivande luftens strömningsriktning 14. Den långsträckta kanalen 13 har här en väsentligen samma höjd och bredd. Kanalen 13 bör åtminstone inte 'vara alltför smal i någon av dessa riktningar då detta skulle öka risken för att kanalen 13 fryser igen. Då en mycket låg omgivningstemperatur råder och flödesbanorna 12 fryser igen kan man med en sådan kanal 13 av en lämplig storlek väsentligen alltid- upprätt- hålla ett luflflöde genom laddlufikylaren. Den komprimerade luften i kanalen 13 till- handahåller även värme till det värmeledande elementet 1 1. Därmed kan även isbild- ' ningar på det värmeledande elementet ll successivt fås att smälta så att igentäppta flödesbanor 12 kan återfå sin lufiledande funktion.

Fig. 3 visar en tvärsnittvy av fyra rörformiga element 5 enligt en altemativ utformning.

Här har det värmeledande elementet 1 1 arrangerats i passagen så att en kanal 13' bildas vid den bakre kortsídan Sd av de rörformiga elementet i förhållande till den omgivande luftens strömningsríktning 14. Den långsträckta kanalen 13' har även här en tvärsnitts- form med väsentligen samma höjd som bredd. Det värmeledande elementet 1 1' har veckats så att det indelar passagen i ett flertal väsentligen parallella flödesbanor 12' med en relativt liten tvårsnittsarea. Det värmeledande elementet ll' har även ßrsetts med ytor av utskjutande partier och öppningar. Därmed fiämjas en turbulent strömning av luften genom flödesbanorna 12'. I och med det tillhandahåller det värmeledande elementet 11' en mycket effektiv kylning av den komprimerade lufien då den strömmar genom flödesbanoma 12'. Den kylande luftströmmen tillhandahåller i den långsträckta spalten 7 en successivt förhöjd temperatur. Därmed erhålls inte samma kyleffekt vid 528 278 den bakre kortsidan Sd av de rörformiga elementet som vid den främre kortsidan Sc.

Därmed reduceras ytterligare risken att kanalen 13' fryser igen. Då en mycket låg om- givningstemperatur råder kan man med en sådan kanal 13' av en lämplig storlek alltid upprätthålla ett luftflöde genom laddluftkylaren; Den komprimerade luften i kanalen 13' tillhandahåller även värme till det värmeledande elementet ll' så att befintliga is- bildningar på- det värmeledande elementet 1 1' successivt kan smältas.

Uppfirmingen är på intet sätt begränsad till den på ritningen beskrivna uttöringsforrnen utan kan varieras fritt inom patentkravens ramar. Flera separata värmeledande element kan vara anordnade i passagen. Den långsträckta kanalen kan vara anordnad i en god- tycklig del av passagen.

Claims (9)

10 15 20 25 30 35 528 278 Patentkrav .

1. Laddufikylare som är inrättad att kyla komprimerad luft, varvid laddluftkylaren in- nefattar åtminstone ett rörformigt element (5) med en invändig yta (9), som definierar en passage (10) for den lufi som avses att kylas i laddlufikylaren, och åtminstone ett värmeledande element (1 1, 11') som är fäst inuti nämnda passage (10) och Som har en form så att det indelar passagen (10) i ett flertal flödesbanor (12, 12'), och varvid ett medium, som har en lägre temperatur än den lufi som avses att kylas i laddluftkylaren, är inrättat att strömma i kontakt med en utvändig yta (8) hos det rörforrniga elementet (5) så att luften i laddlufikylaren tillhåller en kylning då den leds genom nämnda pas- sage (10), kännetecknad av att det värmeledande elementet (11, 11') har en storlek så att det upptar endast en del av passagens (10) tvärsnitt så att det i en resterande del av passagens (10) tvärsnitt bildas en långsträckt kanal (13, 13') som har en större tvär- snittsarea än tvärsnittsareorrta för de respektive flödesbanoma (12, 12') som formas av det värmeledande elementet (11, 11').

2. Laddluftkylare enligt krav 1, kännetecknad av att nämnda långsträckta kanal (13) är anordnad vid en frontsida (5c) hos det rörformiga partiet med avseende på mediets strömningsriktning (14).

3. Laddluftkylare enligt krav 1, kärmetecknad av att nämnda långsträekta kanal (13) är anordnad vid en baksida (Sd) hos det rörformiga partiet med avseende på mediets strömningsriktning (14).

4. Laddluftkylare enligt något av föregående krav, kännetecknad av att nämnda passage (10) har en tvärsnittsprofil med en större utbredning i mediets strömningsriktning (14) än i en vinkelrät riktning mot nämnda strömningsriktning (14).

5. Laddlufikylare enligt något av föregående krav, kännetecknad av att nämnda långsträckta kanal (13, 13') i har en tvärsnittsprofil med väsentligen samma bredd som höjd.

6. Laddlufikylare enligt något av föregående krav, kånnetecknad av att kylaren inne- fattar ett flertal rörformiga element (5) som är parallellt anordnade i en rad på avstånd från varandra så att det bildas spalter (7) mellan angränsande rörformiga element (5) I genom vilka mediet är inrättat att strömma. 10 15 528 278 10

7. Laddluftkylare enligt något av föregående krav, att det rörformiga I elementet (5) är tillverkat av en material som har goda värmeledande egenskaper.

8. Laddlufikylare enligt något av föregående krav, att det värmele- dande elementet (l l, 11') är tillverkat av en material som har goda värmeledande egen- skaper. '

9. Laddluñkylare enligt krav 8, kännetecknad av att det värmeledande elementet (l 1, 1 l') är tillverkat av ett veckat plåtmaterial.