DE102014212906A1 - Intercooler with a plate heat exchanger - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen in der Bauart eines Plattenwärmetauschers aufgebauten Ladeluftkühler (1) mit mehreren Wärmetauscherplatten (2). Jede Wärmetauscherplatte (2) ist als ein flüssigkeitsführender Hohlkörper ausgeführt, wobei übereinanderliegende Wärmetauscherplatten (2) derart beabstandet angeordnet sind, dass der Ladeluftkühler (1) von der zu kühlenden Ladeluft (3) durchströmbar ausgeführt ist. Um den gewünschten Wärmeaustausch und damit eine Reduzierung der Ladelufttemperatur zu erreichen, ist die Wärmetauscherplatte (2) von einem Kühlmittel (4) eines Kühlwasserkreislaufes einer Brennkraftmaschine durchströmbar. Zur Fluidführung hat jede Wärmetauscherplatte (2) einen Kühlmitteleinlass (5) und einen Kühlmittelauslass (6), durch den das Kühlmittel (4) nach dem Durchströmen der gesamten Wärmetauscherplatte (2) abgeführt wird. Dabei wird das zugeführte Kühlmittel (4) aus dem Kühlmitteleinlass (5) mittels eines entlang einer Längsseite des Turbulenzkörpers (7) verlaufenden, mit dem Kühlmitteleinlass (5) verbundenen ersten Sammelkanals (9) verteilt und tritt anschließend quer zur Längserstreckung des Sammelkanals (9) durch diesen hindurch, um auf der anderen Seite des Turbulenzkörpers (7) in einem weiteren Sammelkanal (11) aufgefangen zu werden. Hierdurch wird in thermodynamisch optimaler Weise eine Strömungsrichtung des Kühlmittels (4) innerhalb des Turbulenzkörpers (7) in Gegenstromrichtung zu der zugeführten Ladeluft (3) erreicht.The invention relates to a constructed in the design of a plate heat exchanger intercooler (1) with a plurality of heat exchanger plates (2). Each heat exchanger plate (2) is designed as a liquid-carrying hollow body, wherein superimposed heat exchanger plates (2) are arranged at such a distance that the charge air cooler (1) is designed to be flowed through by the charge air to be cooled (3). In order to achieve the desired heat exchange and thus a reduction of the charge air temperature, the heat exchanger plate (2) by a coolant (4) of a cooling water circuit of an internal combustion engine can be flowed through. For fluid guidance, each heat exchanger plate (2) has a coolant inlet (5) and a coolant outlet (6), through which the coolant (4) is discharged after flowing through the entire heat exchanger plate (2). In this case, the supplied coolant (4) from the coolant inlet (5) by means of a along one longitudinal side of the turbulence body (7) extending, with the coolant inlet (5) connected to the first collecting channel (9) distributed and then occurs transversely to the longitudinal extent of the collecting channel (9) through this to be collected on the other side of the turbulence body (7) in a further collecting channel (11). As a result, a flow direction of the coolant (4) within the turbulence body (7) in a counter-current direction to the supplied charge air (3) is achieved in a thermodynamically optimal manner.

Description

Die Erfindung betrifft einen als Plattenwärmetauscher ausgeführten Ladeluftkühler mit mehreren, jeweils einen flüssigkeitsführenden Hohlkörper aufweisenden Wärmetauscherplatten, die jeweils an einen Kühlmitteleinlass und einen Kühlmittelauslass angeschlossen sind, wobei zumindest einzelne Wärmetauscherplatten von der zu kühlenden Ladeluft außenseitig anströmbar sind und innerhalb des von einem Kühlmittel, insbesondere einer Kühlflüssigkeit, durchströmbaren Hohlkörpers ein beispielsweise als ein Turbulenzblech ausgeführter Turbulenzkörper angeordnet ist. The invention relates to a designed as a plate heat exchanger intercooler with several, each having a liquid-carrying hollow body having heat exchanger plates, which are each connected to a coolant inlet and a coolant outlet, wherein at least individual heat exchanger plates are flowed by the charge air to be cooled on the outside and within of a coolant, in particular a Coolant, through-flowable hollow body is arranged for example as a turbulence sheet running turbulence body.

Zur Leistungssteigerung von Brennkraftmaschinen werden Turbolader oder Kompressorlader zur Verdichtung der Luft verwendet. Hierbei erfolgt jedoch eine unerwünschte Erwärmung der auch als Ladeluft bezeichneten Luft infolge der Kompression im Lader auf Temperaturen von über 150 °C. To increase the performance of internal combustion engines, turbochargers or superchargers are used to compress the air. In this case, however, there is an undesirable heating of the air also referred to as charge air as a result of compression in the supercharger to temperatures above 150 ° C.

Um eine derartige Erwärmung der Ladeluft zu vermindern, werden Luftkühler verwendet, die oftmals in einem Kühlmodul angeordnet sind und zur Kühlung der Ladeluft dienen. Die Ladeluft strömt dabei durch einen Wärmetauscher, der beispielsweise von der Umgebungsluft durchströmt und damit gekühlt wird. Dadurch ist eine Abkühlung der Ladeluft möglich, was eine Leistungssteigerung der Brennkraftmaschine ermöglicht. In order to reduce such heating of the charge air, air coolers are used, which are often arranged in a cooling module and serve to cool the charge air. The charge air flows through a heat exchanger, which, for example, flows through the ambient air and is thus cooled. As a result, a cooling of the charge air is possible, which allows an increase in performance of the internal combustion engine.

Um eine verbesserte Kühlung zu ermöglichen, werden bei Kraftfahrzeugen kühlmittelgekühlte Ladeluftkühler verwendet, die im Ansaugbereich angeordnet sind. Der Ladeluftkühler besteht aus einer Mehrzahl von Blechen und Profilelementen, die zu Strömungskanälen für das Kühlmittel verbunden sind und mit ihren Enden in Sammelkästen ragen. Zwischen den Strömungskanälen für das Kühlmittel strömt die zu kühlende Ladeluft quer zur Strömungsrichtung des Kühlmittels in den Strömungskanälen. In order to allow for improved cooling, motor vehicles use coolant-cooled intercoolers, which are arranged in the intake area. The intercooler consists of a plurality of sheets and profile elements, which are connected to flow channels for the coolant and protrude with their ends in collecting tanks. Between the flow channels for the coolant, the charge air to be cooled flows transversely to the flow direction of the coolant in the flow channels.

Aus der DE 103 28 746 A1 sind eine Vorrichtung mit einem mehrstufigen Wärmetauscher und ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Vorrichtung bekannt. From the DE 103 28 746 A1 For example, a device with a multi-stage heat exchanger and a method for producing such a device are known.

Aus der EP 1 899 589 B1 ist ein Ladeluftkühler für ein Kraftfahrzeug bekannt, bei dem Ladeluft durch ein in Strömungskanälen strömendes Kühlmittel gekühlt werden kann, wobei die Strömungskanäle für das Kühlmittel durch Flachrohre gebildet sind. Vorzugsweise sind die Flachrohre in mindestens einer Reihe angeordnet. Dabei erfolgt bevorzugt eine Umlenkung der Kühlmittelströmung in der Breite und/oder der Tiefe des Ladeluftkühlers. From the EP 1 899 589 B1 a charge air cooler for a motor vehicle is known in which charge air can be cooled by a coolant flowing in flow channels, wherein the flow channels for the coolant are formed by flat tubes. Preferably, the flat tubes are arranged in at least one row. In this case, preferably, a deflection of the coolant flow in the width and / or the depth of the charge air cooler takes place.

Die EP 1 170 478 A2 offenbart ein Kompressorgehäuse, das einen Ladeluftkühler aufweist. Die US 2004/0118389 A1 offenbart einen Turbolader mit Ladeluftkühler. Weiterhin bezieht sich auch die EP 1 491 843 A2 auf einen Ladeluftkühler für Kraftfahrzeuge. Die EP 2 169 338 A1 betrifft ferner noch einen Gaskühler für einen Verbrennungsmotor. The EP 1 170 478 A2 discloses a compressor housing having a charge air cooler. The US 2004/0118389 A1 discloses a turbocharger with intercooler. Furthermore, the refers also EP 1 491 843 A2 on a charge air cooler for motor vehicles. The EP 2 169 338 A1 further relates to a gas cooler for an internal combustion engine.

Des Weiteren betrifft die DE 10 2011 016 625 A1 einen als Ölkühler einsetzbaren Plattenwärmetauscher mit mehreren Wärmetauscherplatten, die jeweils mit einem umlaufenden Randsteg je eine Strömungswanne ausbilden. In den Strömungswannen sind Turbulenzbleche eingelegt, die aus wellenförmig gebogenen Blechen gebildet sind und beidseitig an jeweils benachbarten Wärmetauscherplatten anliegen. Werden diese Turbulenzbleche in Richtung der Längsreihen angeströmt, ergibt sich der größte Strömungswiderstand, während sich in Querrichtung der geringste Strömungswiderstand ergibt. Durch eine entsprechende Neigung bzw. Schrägstellung der Reihen gegenüber der sich zwischen dem Zu- und Ablauf ergebenden Hauptströmungsrichtung für das Öl bzw. das Kühlwasser kann somit der jeweils günstigste Strömungswiderstand in Bezug auf die Hauptströmungsrichtung eingestellt und ein optimales Verhältnis der Kühlleistung zum Strömungswiderstand erreicht werden. Furthermore, the concerns DE 10 2011 016 625 A1 a usable as an oil cooler plate heat exchanger with a plurality of heat exchanger plates, each forming a flow trough with a peripheral edge web. In the flow trays turbulence plates are inserted, which are formed from corrugated sheet metal and rest on both sides of each adjacent heat exchanger plates. If these turbulence sheets are flown in the direction of the longitudinal rows, the greatest flow resistance results, while the lowest flow resistance results in the transverse direction. By an appropriate inclination or inclination of the rows with respect to the resulting between the inlet and outlet main flow direction for the oil or the cooling water thus the most favorable flow resistance can be adjusted with respect to the main flow direction and an optimal ratio of the cooling capacity to the flow resistance can be achieved.

Außerdem offenbart die DE 198 02 012 C2 einen wassergekühlten Kraftstoffkühler mit einem Plattenwärmetauscher. Die Ausbreitungs- bzw. Strömungsrichtung der Medien durch die Strömungskanäle des Plattenwärmetauschers von Strömungskanal zu Strömungskanal überschneiden sich. Jedes Medium beschreibt einen zick-zack-förmigen Strömungsweg durch den Wärmetauscher. In addition, the disclosed DE 198 02 012 C2 a water-cooled fuel cooler with a plate heat exchanger. The propagation or flow direction of the media through the flow channels of the plate heat exchanger from flow channel to flow channel overlap. Each medium describes a zigzag flow path through the heat exchanger.

Als nachteilig erweist sich in der Praxis der erhebliche Strömungswiderstand, der mit dem Einsatz eines Turbulenzkörpers verbunden ist. Obwohl es bereits bekannt ist, durch unterschiedliche Anströmungen des Turbulenzkörpers bei einem Wärmetauscher ein geeignetes Verhältnis zwischen Strömungswiderstand und erzielbarer Kühlleistung zu erreichen, sind die so erzielbaren Ergebnisse bisher noch nicht optimal. A disadvantage is found in practice, the considerable flow resistance, which is associated with the use of a turbulence body. Although it is already known to achieve a suitable ratio between flow resistance and achievable cooling capacity by different inflows of the turbulence body in a heat exchanger, the achievable results so far are still not optimal.

Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen wesentlich verbesserten Ladeluftkühler zu schaffen, welcher insbesondere thermodynamisch optimiert ist und sich zudem vergleichsweise kostengünstig herstellen lässt. Against this background, the invention has the object to provide a much improved charge air cooler, which is in particular thermodynamically optimized and also can be produced relatively inexpensively.

Diese Aufgabe wird gelöst mit einem Ladeluftkühler gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1. Die Unteransprüche betreffen besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung. This object is achieved with a charge air cooler according to the features of claim 1. The dependent claims relate to particularly expedient developments of the invention.

Erfindungsgemäß ist also ein Ladeluftkühler vorgesehen, bei dem zumindest eine, vorzugsweise alle Wärmetauscherplatten einen innerhalb des Hohlkörpers angeordneten, mit dem Kühlmitteleinlass verbundenen ersten Sammelkanal oder einen mit dem Kühlmittelauslass verbundenen zweiten Sammelkanal aufweisen, wobei sich zumindest ein Sammelkanal entlang einer Längsseite des Turbulenzkörpers derart erstreckt, dass das Kühlmittel verteilt entlang der Längsseite des Turbulenzkörpers in diesen eintritt und durch diesen im Wesentlichen quer zur Längsrichtung hindurchtritt. Hierdurch wird in verblüffend einfacher Weise eine wesentliche Steigerung des Wärmeüberganges erreicht, ohne dass hierbei zugleich der Strömungswiderstand bei der Durchströmung der Wärmetauscherplatten unerwünscht hoch ist. According to the invention, therefore, a charge air cooler is provided, in which at least one, preferably all heat exchanger plates inside arranged at the hollow body, connected to the coolant inlet first collecting channel or connected to the coolant outlet second collecting channel, wherein at least one collecting channel along a longitudinal side of the turbulence body extends such that the coolant distributed along the longitudinal side of the turbulence body enters and through this substantially passes transversely to the longitudinal direction. As a result, a significant increase in the heat transfer is achieved in a surprisingly simple manner, without this at the same time the flow resistance in the flow through the heat exchanger plates is undesirably high.

Die Erfindung geht dabei von der Erkenntnis aus, dass sich große Turbulenzen und ein vergleichsweise geringer Strömungswiderstand dadurch vereinbaren lassen, dass der Plattenwärmetauscher quer zu seinem größten Querschnitt durchströmt wird. Hierdurch wird zwar nicht der Strömungswiderstand bezogen auf eine bestimmte Querschnittsfläche vermindert, jedoch durch die erfindungsgemäß vergrößerte Fläche in der Summe der Strömungswiderstand auf ein sinnvolles Maß beschränkt. Indem also die Wärmetauscherplatten in Richtung ihrer kürzeren Erstreckung durchströmt werden, die zudem parallel zu der Anströmrichtung der Ladeluft verläuft, wird nicht nur der Strömungsverlust innerhalb der Wärmetauscherplatten reduziert, sondern zugleich auch der thermodynamische Wirkungsgrad aufgrund der veränderten Durchströmungsrichtung des Kühlmittels wesentlich verbessert. Der Sammelkanal erfüllt dabei die Funktion der Verteilung des Kühlmittels über die gesamte Längsseite des Turbulenzkörpers. Es ist leicht verständlich, dass die verhältnismäßig große Fläche des Turbulenzkörpers an seiner Längsseite ungeachtet einer gegebenenfalls reduzierten Strömungsgeschwindigkeit im Ergebnis zu einem ausreichend hohen Volumenstrom führt. The invention is based on the finding that large turbulences and a comparatively low flow resistance can be reconciled by flowing through the plate heat exchanger transversely to its largest cross section. Although this does not reduce the flow resistance in relation to a specific cross-sectional area, it does, however, limit the flow resistance to a sensible degree due to the area enlarged according to the invention in the sum. Thus, by the heat exchanger plates are flowed through in the direction of their shorter extension, which also runs parallel to the inflow direction of the charge air, not only the flow loss is reduced within the heat exchanger plates, but also significantly improves the thermodynamic efficiency due to the changed flow direction of the coolant. The collecting channel fulfills the function of the distribution of the coolant over the entire longitudinal side of the turbulence body. It is easily understood that the relatively large area of the turbulence body on its longitudinal side results in a sufficiently high volume flow, regardless of an optionally reduced flow rate.

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung wird dadurch erreicht, dass zumindest in einem dem Kühlmitteleinlass zugeordneten Sammelkanal ein Verteilerelement angeordnet ist, durch das eine im Wesentlichen konstante Volumenstromverteilung entlang des Turbulenzkörpers einstellbar ist. Indem der Sammelkanal als Verteilerelement ausgeführt oder ein Verteilerelement in diesem angeordnet ist, wird erreicht, dass sich ein nahezu gleichverteiltes Strömungsprofil über die gesamte Querschnittsfläche entlang der Längsseite des Turbulenzkörpers ergibt. Hierdurch wird der Wirkungsgrad nochmals verbessert und zudem der Gesamtströmungswiderstand durch die Vermeidung von Geschwindigkeitsdifferenzen reduziert. Selbstverständlich kann das Verteilerelement auch ein integraler Bestandteil des Sammelkanals oder der Wärmetauscherplatte sein. A particularly advantageous embodiment of the invention is achieved in that a distributor element is arranged at least in a collecting channel associated with the coolant inlet, by means of which a substantially constant volumetric flow distribution along the turbulence body can be set. By the collecting channel is designed as a distributor element or a distributor element is arranged in this, it is achieved that results in a nearly uniformly distributed flow profile over the entire cross-sectional area along the longitudinal side of the turbulence body. As a result, the efficiency is further improved and also reduces the total flow resistance by avoiding speed differences. Of course, the distributor element can also be an integral part of the collecting channel or the heat exchanger plate.

Bei einer einfachen Variante hat der Sammelkanal entlang seiner Haupterstreckung unterschiedliche Querschnittsflächen, um so aufgrund der damit erreichbaren konstanten Strömungsgeschwindigkeit eine gleichmäßige Beaufschlagung des Turbulenzkörpers mit dem Kühlmittel zu erreichen. Hierzu ist zumindest ein Sammelkanal von dem Turbulenzkörper durch ein mehrere Durchlassöffnungen aufweisendes Trennelement getrennt, wobei der flächenmäßige Anteil der Durchlassöffnungen in Längsrichtung des Sammelkanals unterschiedlich ist, insbesondere mit zunehmendem Abstand von dem Kühlmitteleinlass oder dem Kühlmittelauslass zunimmt. Auf diese Weise wird in einfacher Weise eine problemlose Einstellung des Kühlmitteleinlasses in den Turbulenzkörper erreicht. Hierzu können in der Ober- oder Unterseite der Wärmetauscherplatten Vorsprünge, beispielsweise Stege eingeprägt werden, die bestimmte Eintrittsbereiche oder Austrittsbereiche verblocken bzw. abdecken. Durch eine mit zunehmendem Abstand von dem Kühlmitteleinlass oder Kühlmittelauslass abnehmende Verblockung kann so in einfacher Weise eine gleichmäßige Verteilung des Kühlmittels erreicht werden. In a simple variant of the collecting channel has along its main extension different cross-sectional areas, so as to achieve a uniform loading of the turbulence body with the coolant due to the thus achievable constant flow velocity. For this purpose, at least one collecting channel is separated from the turbulence body by a separating element having a plurality of passage openings, the areal proportion of the passage openings being different in the longitudinal direction of the collecting channel, in particular increasing with increasing distance from the coolant inlet or the coolant outlet. In this way, a trouble-free adjustment of the coolant inlet is achieved in the turbulence body in a simple manner. For this purpose, in the top or bottom of the heat exchanger plates projections, such as webs are embossed, which block or cover certain inlet areas or outlet areas. By a decreasing with increasing distance from the coolant inlet or coolant outlet blocking can be achieved in a simple manner, a uniform distribution of the coolant.

Die Verblockungen begrenzen jeweils die Durchlassöffnungen. Gemäß einer besonders zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung weisen zumindest einzelne Durchlassöffnungen eine einstellbare Größe oder Verteilung auf, um so eine schnelle Anpassung an unterschiedliche Einsatzbedingungen zu ermöglichen. So kann beispielsweise der Ladeluftkühler zur Anpassung an unterschiedliche Brennkraftmaschinen modular aufgebaut sein, wobei auch unterschiedlich lange Längsseiten entstehen können, sodass eine Anpassung der Verblockungen sinnvoll ist. Weiterhin kann auch ein unterschiedlicher Einbauort des Ladeluftkühlers in dem Kraftfahrzeug, beispielsweise abweichend von einer horizontalen Orientierung und der damit einhergehenden Beeinträchtigung der Strömung des Kühlmittels, eine Anpassung der Durchlassöffnungen erforderlich machen. The blocks each limit the passage openings. According to a particularly advantageous embodiment of the invention, at least individual passage openings on an adjustable size or distribution, so as to allow rapid adaptation to different conditions of use. Thus, for example, the intercooler be adapted to adapt to different internal combustion engines modular, with different lengths long sides can arise, so that an adaptation of the interlocks makes sense. Furthermore, a different installation location of the intercooler in the motor vehicle, for example, deviating from a horizontal orientation and the concomitant impairment of the flow of the coolant, make an adjustment of the passage openings required.

Eine andere, ebenfalls besonders Erfolg versprechende Ausgestaltung der Erfindung wird auch dadurch erreicht, dass die Längsseite eine Orientierung im Wesentlichen quer zur Strömungsrichtung der Ladeluft hat, sodass die Durchströmungsrichtung des Kühlwassers parallel zur Strömungsrichtung des Ladeluftkühlers verläuft. Hierdurch wird eine optimale Strömungsführung erreicht und zugleich die größtmögliche Anströmfläche für die zu kühlende Ladeluft realisiert. Another, also particularly promising embodiment of the invention is also achieved in that the longitudinal side has an orientation substantially transverse to the flow direction of the charge air, so that the flow direction of the cooling water is parallel to the flow direction of the charge air cooler. As a result, an optimal flow guidance is achieved and at the same time realized the largest possible inflow surface for the charge air to be cooled.

Dabei erweist es sich als besonders praxisgerecht, wenn der Sammelkanal des Kühlmitteleinlasses an einer der Anströmrichtung der Ladeluft abgewandten Seite und der Sammelkanal des Kühlmittelauslasses an einer der Anströmrichtung der Ladeluft zugewandten Seite angeordnet ist, um so das als thermodynamisch besonders wirkungsvoll bekannte Gegenstromprinzip, bei dem die beiden Kühlmittelströme der Ladeluft und des Kühlmittels in entgegengesetzte Richtungen strömen, zu realisieren. It proves to be particularly practical if the collecting channel of the coolant inlet on a side facing away from the direction of flow of the charge air side and the collecting channel of the coolant outlet at one of the flow direction of the Charge air facing side is arranged so as to realize the thermodynamic particularly effective known countercurrent principle, in which the two coolant flows of the charge air and the coolant flow in opposite directions.

Der Kühlmitteleinlass und der Kühlmittelauslass könnten an derselben Seite des Ladeluftkühlers angeordnet sein. Besonders praxisgerecht ist es hingegen, wenn der Kühlmitteleinlass im Bereich einer ersten Stirnseite des Turbulenzkörpers und der Kühlmittelauslass im Bereich einer der ersten Stirnseite gegenüberliegenden zweiten Stirnseite des Turbulenzkörpers angeordnet ist, sodass der von dem Kühlmittel zurückgelegte Strömungsweg unabhängig von dem Eintrittsort in den Turbulenzkörper konstant ist. Insbesondere addiert sich der in den beiden Strömungskanälen eintrittsseitig und austrittsseitig zurückgelegte Strömungsweg stets zu einer vollen Länge eines Strömungskanals. The coolant inlet and the coolant outlet could be located on the same side of the charge air cooler. On the other hand, it is particularly practical if the coolant inlet is arranged in the area of a first end face of the turbulence body and the coolant outlet in the region of a second end face of the turbulence body opposite the first end face, so that the flow path traveled by the coolant is constant irrespective of the entry location into the turbulence body. In particular, the flow path which has traveled in the two flow channels on the inlet side and on the outlet side always adds to a full length of a flow channel.

Man könnte daran denken, den Kühlmitteleinlass oder den Kühlmittelauslass in Aussparungen des Turbulenzkörpers anzuordnen. Wenn gemäß einer weiteren besonders effizienten Ausführungsform der Erfindung der Turbulenzkörper entlang der gegenüberliegenden Sammelkanäle zwei Seitenflächen übereinstimmender Größe, insbesondere kongruente Flächen entlang der Längsseiten aufweist, verändert sich der Querschnitt des Turbulenzkörpers zwischen der Einlassseite und der Auslassseite weder hinsichtlich der Fläche noch der Geometrie, sodass der Strömungsverlauf des Kühlmittels weiter optimiert wird. One might think of arranging the coolant inlet or the coolant outlet in recesses of the turbulence body. If according to a further particularly efficient embodiment of the invention, the turbulence body along the opposite collecting channels two side surfaces of matching size, in particular congruent surfaces along the longitudinal sides, the cross section of the turbulence body between the inlet side and the outlet side changes neither in terms of the area nor the geometry, so that Flow of the coolant is further optimized.

Eine andere, ebenfalls besonders Erfolg versprechende Ausführungsform wird auch dadurch realisiert, dass die Sammelkanäle in zueinander parallelen Ebenen angeordnet sind, sodass also der Abstand zwischen der Einlassseite und der Auslassseite des Turbulenzkörpers konstant ist. Um den Zufluss oder Abfluss in den Sammelkanälen zu optimieren, können diese gegenüber der Horizontalen bzw. relativ zueinander beispielsweise auch mit unterschiedlichen Orientierungen geneigt verlaufen. Another, also particularly promising embodiment is also realized in that the collecting channels are arranged in mutually parallel planes, so that therefore the distance between the inlet side and the outlet side of the turbulence body is constant. In order to optimize the inflow or outflow in the collecting ducts, they may be inclined with respect to the horizontal or relative to each other, for example, with different orientations.

Bei einer anderen, ebenfalls besonders praxisnahen Abwandlung weist der Turbulenzkörper eine als Positionierhilfe oder als Zentrierhilfe ausgeführte Ausformung auf, um so die Montage insbesondere bei nicht symmetrischen Turbulenzkörpern zu vereinfachen und Montagefehler auszuschließen. Dadurch kann der Turbulenzkörper beispielsweise auch als ein Einleger ausgeführt werden, der in dem Hohlraum ohne ein zusätzliches Fixiermittel mit der Wärmetauscherplatte eingeschlossen ist. In another, likewise particularly practical modification, the turbulence body has a shaping designed as a positioning aid or as a centering aid so as to simplify assembly, in particular in the case of non-symmetrical turbulence bodies, and to preclude assembly errors. As a result, the turbulence body can also be designed, for example, as an insert which is enclosed in the cavity without an additional fixing means with the heat exchanger plate.

Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. The invention allows numerous embodiments. To further clarify its basic principle, one of them is shown in the drawing and will be described below.

Diese zeigt in This shows in

1 einen Ladeluftkühler mit mehreren Wärmetauscherplatten in einer perspektivischen Darstellung; 1 a charge air cooler with a plurality of heat exchanger plates in a perspective view;

2 eine in 1 gezeigte Wärmetauscherplatte mit einem darin eingeschlossenen Turbulenzkörper in einer Draufsicht; 2 one in 1 shown heat exchanger plate with a turbulence body enclosed therein in a plan view;

3 eine Variante der in 2 gezeigten Wärmetauscherplatte mit einer Positionierhilfe; 3 a variant of in 2 shown heat exchanger plate with a positioning aid;

4 einen Ausschnitt des in 2 gezeigten Turbulenzkörpers in einer perspektivischen Darstellung; 4 a section of the in 2 shown turbulence body in a perspective view;

5 eine Variante der in 1 gezeigten Wärmetauscherplatte mit gegenüberliegendem Kühlmitteleinlass und Kühlmittelauslass; 5 a variant of in 1 shown heat exchanger plate with opposite coolant inlet and coolant outlet;

6 eine weitere Variante der in 1 gezeigten Wärmetauscherplatte mit externem Kühlmitteleinlass und Kühlmittelauslass; 6 another variant of in 1 shown heat exchanger plate with external coolant inlet and coolant outlet;

7 eine Variante der in 2 gezeigten Wärmetauscherplatte mit einem Verteilerelement. 7 a variant of in 2 shown heat exchanger plate with a distributor element.

Ein erfindungsgemäßer Ladeluftkühler 1 wird nachstehend anhand der 1 bis 7 näher erläutert. Der Ladeluftkühler 1 ist als ein Plattenwärmetauscher mit mehreren Wärmetauscherplatten 2 ausgeführt. Jede Wärmetauscherplatte 2 besteht aus einem flüssigkeitsführenden Hohlkörper, wobei übereinanderliegende Wärmetauscherplatten 2 derart beabstandet angeordnet sind, dass der Ladeluftkühler 1 von der zu kühlenden Ladeluft 3 durchströmbar ausgeführt ist. Um den gewünschten Wärmeaustausch und damit eine Reduzierung der Ladelufttemperatur zu erreichen, ist die Wärmetauscherplatte 2 von einem durch Richtungspfeile verdeutlichten Kühlmittel 4 eines Kühlwasserkreislaufes einer nicht gezeigten Brennkraftmaschine durchströmbar, wie dies nachstehend noch im Detail erläutert wird. An inventive intercooler 1 will be described below on the basis of 1 to 7 explained in more detail. The intercooler 1 is considered a plate heat exchanger with several heat exchanger plates 2 executed. Each heat exchanger plate 2 consists of a liquid-carrying hollow body, wherein superimposed heat exchanger plates 2 are arranged so spaced that the intercooler 1 from the charge air to be cooled 3 designed to flow through. In order to achieve the desired heat exchange and thus a reduction in the charge air temperature, the heat exchanger plate 2 from a direction indicated by arrows coolant 4 a cooling water circuit of an internal combustion engine, not shown, can be flowed through, as will be explained in detail below.

Zur Fluidführung hat jede Wärmetauscherplatte 2 einen Kühlmitteleinlass 5 und einen Kühlmittelauslass 6, durch den das Kühlmittel 4 nach dem Durchströmen der gesamten Wärmetauscherplatte 2 abgeführt wird. Innerhalb des Hohlkörpers der Wärmetauscherplatte 2 ist ein als Turbulenzblech ausgeführter Turbulenzkörper 7 eingelegt. For fluid guidance, each heat exchanger plate 2 a coolant inlet 5 and a coolant outlet 6 through which the coolant 4 after flowing through the entire heat exchanger plate 2 is dissipated. Within the hollow body of the heat exchanger plate 2 is a turbulence body designed as a turbulence plate 7 inserted.

Erfindungswesentlich ist dabei, dass das zugeführte Kühlmittel 4 aus dem Kühlmitteleinlass 5 nicht unmittelbar in den Turbulenzkörper 7 eintritt, sondern zunächst mittels eines entlang einer Längsseite 8 des Turbulenzkörpers 7 verlaufenden, mit dem Kühlmitteleinlass 5 verbundenen ersten Sammelkanals 9 verteilt wird. Indem das Kühlmittel 4 zunächst ungehindert über die gesamte Längsseite 8 des Turbulenzkörpers 7 strömt und anschließend quer zur Längserstreckung des Sammelkanals 9 in diesen eintritt, wird in thermodynamisch optimaler Weise eine Strömungsrichtung 10 des Kühlmittels 4 innerhalb des Turbulenzkörpers 7 in Gegenstromrichtung zu der zugeführten Ladeluft 3 erreicht. Nach dem Durchströmen des Turbulenzkörpers 7 wird das Kühlmittel 4 in einem mit dem Kühlmittelauslass 6 verbundenen zweiten Sammelkanal 11 aufgefangen. Essential to the invention is that the supplied coolant 4 from the coolant inlet 5 not directly into the turbulence body 7 occurs, but first by means of a along a long side 8th of the turbulence body 7 extending, with the coolant inlet 5 connected first collecting channel 9 is distributed. By the coolant 4 initially unhindered over the entire longitudinal side 8th of the turbulence body 7 flows and then transversely to the longitudinal extent of the collecting channel 9 enters this, is thermodynamically optimal way a flow direction 10 of the coolant 4 within the turbulence body 7 in the counterflow direction to the supplied charge air 3 reached. After flowing through the turbulence body 7 becomes the coolant 4 in one with the coolant outlet 6 connected second collection channel 11 collected.

In 2 ist die Wärmetauscherplatte 2 mit einem darin eingeschlossenen Turbulenzkörper 7 in einer Draufsicht dargestellt. Ausgehend von dem Kühlmitteleinlass 5 gelangt das Kühlmittel 4 zunächst in den ersten Sammelkanal 9 und verteilt sich dort im Wesentlichen gleichmäßig über die gesamte Längsseite 8 des Turbulenzkörpers 7, bevor es quer zu der Längsseite 8 in Gegenstromrichtung zu der anströmenden Ladeluft 3 durch den Turbulenzkörper 7 hindurchströmt und durch den zweiten Sammelkanal 11 dem Kühlmittelauslass 6 zugeführt wird. Der Kühlmitteleinlass 5 und der Kühlmittelauslass 6 sind dabei stirnseitig des Turbulenzkörpers 7 durch ein Trennelement 12 voneinander und von diesem getrennt angeordnet, sodass der Turbulenzkörper 7 eine einfach herstellbare rechteckige Grundform aufweist. In 2 is the heat exchanger plate 2 with a turbulence body enclosed therein 7 shown in a plan view. Starting from the coolant inlet 5 gets the coolant 4 first in the first collection channel 9 and is distributed there substantially uniformly over the entire longitudinal side 8th of the turbulence body 7 before getting across to the long side 8th in the counterflow direction to the inflowing charge air 3 through the turbulence body 7 flows through and through the second collection channel 11 the coolant outlet 6 is supplied. The coolant inlet 5 and the coolant outlet 6 are the front side of the turbulence body 7 through a separating element 12 from each other and separated from it, so that the turbulence body 7 has an easy to produce rectangular basic shape.

Ergänzend ist in 3 noch eine weitgehend ähnliche Variante der Wärmetauscherplatte 2 dargestellt, bei welcher der Turbulenzkörper 7 eine als Positionierhilfe ausgeführte Ausformung 13 als Aussparung aufweist. In diese Ausformung 13 greift ein entsprechender Vorsprung der Wärmetauscherplatte 2 ein, sodass der Turbulenzkörper 7 in einfacher Weise als Einleger ausgeführt werden kann, ohne dass dieser mit der Wärmetauscherplatte 2 fest verbunden sein muss. Hieraus ergeben sich vor allem fertigungstechnische Vorteile. In addition is in 3 nor a largely similar variant of the heat exchanger plate 2 represented, in which the turbulence body 7 an executed as a positioning aid molding 13 has as a recess. In this shape 13 engages a corresponding projection of the heat exchanger plate 2 one, so that the turbulence body 7 can be performed in a simple manner as a depositor, without this with the heat exchanger plate 2 must be firmly connected. This results in particular manufacturing advantages.

In 4 ist der Turbulenzkörper 7 in einer vergrößerten perspektivischen Darstellung zu erkennen. Der Turbulenzkörper 7 besteht aus einer Vielzahl von wellenförmigen Turbulenzblechen 14 mit regelmäßigen Wellenbergen und Wellentälern, die reihenweise gegeneinander versetzt sind. Der Turbulenzkörper 7 wird im Betrieb in Strömungsrichtung 10 der Längsreihen angeströmt, wodurch sich ein im Verhältnis zur Kühlwirkung optimaler Strömungswiderstand ergibt. Die Längsreihen können auch aus einem einzigen Turbulenzblech hergestellt sein. Innerhalb der Wärmetauscherplatte 2 liegt der Turbulenzkörper 7 mit den Wellentälern und den Wellenbergen gegen die nicht weiter dargestellte Innenwandfläche der Wärmetauscherplatte 2 an. In 4 is the turbulence body 7 to recognize in an enlarged perspective view. The turbulence body 7 consists of a large number of wave-shaped turbulence plates 14 with regular wave crests and troughs, which are offset against each other in rows. The turbulence body 7 is in operation in the flow direction 10 flows along the longitudinal rows, which results in a relation to the cooling effect optimum flow resistance. The longitudinal rows can also be made from a single turbulence sheet. Inside the heat exchanger plate 2 lies the turbulence body 7 with the troughs and the wave crests against the inner wall surface of the heat exchanger plate, not shown 2 at.

In den 5 und 6 ist jeweils noch eine Variante der in 1 gezeigten Wärmetauscherplatte 2 dargestellt, wobei der Kühlmitteleinlass 5 im Bereich einer ersten Stirnseite 15 des Turbulenzkörpers 7 und der Kühlmittelauslass 6 im Bereich einer der ersten Stirnseite 15 gegenüberliegenden zweiten Stirnseite 16 des Turbulenzkörpers 7 angeordnet ist. Dadurch ist der von dem Kühlmittel 4 zurückgelegte Strömungsweg unabhängig von dem Eintrittsort des Kühlmittels 4 in den Turbulenzkörper 7 konstant. Insbesondere addiert sich der in den beiden Strömungskanälen 9, 11 eintrittsseitig und austrittsseitig zurückgelegte Strömungsweg stets zu derselben Länge entsprechend der Längsseite 8. Während bei der in 5 gezeigten Variante der Kühlmitteleinlass 5 und der Kühlmittelauslass 6 in einer jeweiligen Aussparung 17 des durch ein Trennelement 18 separierten Turbulenzkörpers 7 angeordnet sind, sind bei der in der 6 gezeigten Variante der Wärmetauscherplatte 2 der Kühlmitteleinlass 5 und der Kühlmittelauslass 6 extern angeordnet, wodurch der Turbulenzkörper 7 entlang der gegenüberliegenden Sammelkanäle 9, 11 zwei kongruente, einander versatzfrei gegenüberliegende Seitenflächen aufweist. In the 5 and 6 is still a variant of in 1 shown heat exchanger plate 2 shown, wherein the coolant inlet 5 in the area of a first end face 15 of the turbulence body 7 and the coolant outlet 6 in the area of one of the first end face 15 opposite second end face 16 of the turbulence body 7 is arranged. This is the result of the coolant 4 traveled flow path regardless of the entry location of the coolant 4 into the turbulence body 7 constant. In particular, the adds in the two flow channels 9 . 11 the inlet side and the outlet side flow path always to the same length corresponding to the longitudinal side 8th , While at the in 5 shown variant of the coolant inlet 5 and the coolant outlet 6 in a respective recess 17 by a separator 18 separated turbulence body 7 are arranged in the in the 6 shown variant of the heat exchanger plate 2 the coolant inlet 5 and the coolant outlet 6 arranged externally, causing the turbulence body 7 along the opposite collecting channels 9 . 11 has two congruent, mutually offset side surfaces.

In 7 ist eine weitere Variante der Wärmetauscherplatte 2 mit einem durch Verblockungen realisierten Verteilerelement 19 in den beiden Sammelkanälen 9, 11 gezeigt, durch das ein im Wesentlichen konstanter Volumenstrom entlang der Längsseite 8 des Turbulenzkörpers 7 und somit auch bei der Durchströmung des Turbulenzkörpers 7 mit einer Strömungsrichtung 10 in Gegenstromrichtung zu der zugeführten Ladeluft 3 einstellbar ist. Das Verteilerelement 19 hat hierzu ein zwischen dem jeweiligen Sammelkanal 9, 11 und dem Turbulenzkörper 7 angeordnetes Trennelement 20 mit mehreren Durchlassöffnungen 21, deren Durchlassgröße mit zunehmendem Abstand von dem Kühlmitteleinlass 5 oder dem Kühlmittelauslass 6 zunimmt. Zugleich nimmt der Abstand benachbarter Durchlassöffnungen 21 mit zunehmendem Abstand von dem Kühlmitteleinlass 5 oder dem Kühlmittelauslass 6 ab. Durch das Verteilerelement 19 wird erreicht, dass sich ein nahezu gleichverteiltes Strömungsprofil über die gesamte Querschnittsfläche des Turbulenzkörpers 7 ergibt. Hierdurch wird der Wirkungsgrad nochmals verbessert und zudem der Gesamtströmungswiderstand innerhalb der Wärmetauscherplatte 2 reduziert. In 7 is another variant of the heat exchanger plate 2 with a distribution element realized by blocking 19 in the two collection channels 9 . 11 shown by a substantially constant volume flow along the longitudinal side 8th of the turbulence body 7 and thus also in the flow through the turbulence body 7 with a flow direction 10 in the counterflow direction to the supplied charge air 3 is adjustable. The distributor element 19 has this one between the respective collection channel 9 . 11 and the turbulence body 7 arranged separating element 20 with several openings 21 whose passage size increases with increasing distance from the coolant inlet 5 or the coolant outlet 6 increases. At the same time, the distance between adjacent passage openings decreases 21 with increasing distance from the coolant inlet 5 or the coolant outlet 6 from. Through the distributor element 19 is achieved that an almost equally distributed flow profile over the entire cross-sectional area of the turbulence body 7 results. As a result, the efficiency is further improved and also the total flow resistance within the heat exchanger plate 2 reduced.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Ladeluftkühler  Intercooler
22
Wärmetauscherplatte  heat exchanger plate
33
Ladeluft  charge air
44
Kühlmittel  coolant
55
Kühlmitteleinlass  Coolant inlet
66
Kühlmittelauslass  coolant outlet
77
Turbulenzkörper  turbulence body
88th
Längsseite  long side
9 9
Sammelkanal  collecting duct
1010
Strömungsrichtung  flow direction
1111
Sammelkanal  collecting duct
1212
Trennelement  separating element
1313
Ausformung  formation
1414
Turbulenzblech  turbulence plate
1515
Stirnseite  front
1616
Stirnseite  front
1717
Aussparung  recess
1818
Trennelement  separating element
1919
Verteilerelement  distributor element
2020
Trennelement  separating element
2121
Durchlassöffnung  Port

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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  • DE 19802012 C2 [0009] DE 19802012 C2 [0009]

Claims (10)

Ein als Plattenwärmetauscher ausgeführter Ladeluftkühler (1) mit mehreren, jeweils einen flüssigkeitsführenden Hohlkörper aufweisenden Wärmetauscherplatten (2), die jeweils an einen Kühlmitteleinlass (5) und einen Kühlmittelauslass (6) angeschlossen sind, wobei zumindest einzelne Wärmetauscherplatten (2) von der zu kühlenden Ladeluft (3) außenseitig anströmbar sind und innerhalb des von einem Kühlmittel durchströmbaren Hohlkörpers ein Turbulenzkörper (7) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Wärmetauscherplatte (2) einen innerhalb des Hohlkörpers angeordneten, mit dem Kühlmitteleinlass (5) verbundenen ersten Sammelkanal (9) und/oder einen mit dem Kühlmittelauslass (6) verbundenen zweiten Sammelkanal (11) aufweist, wobei sich zumindest ein Sammelkanal (9, 11) entlang einer Längsseite (8) des Turbulenzkörpers (7) derart erstreckt, dass das Kühlmittel (4) verteilt entlang der Längsseite (8) des Turbulenzkörpers (7) in diesen eintritt. A charge air cooler designed as a plate heat exchanger ( 1 ) with a plurality, each having a liquid-carrying hollow body heat exchanger plates ( 2 ), each to a coolant inlet ( 5 ) and a coolant outlet ( 6 ) are connected, wherein at least individual heat exchanger plates ( 2 ) of the charge air to be cooled ( 3 ) can be flowed on the outside and within the hollow body through which a coolant can flow, a turbulence body ( 7 ), characterized in that at least one heat exchanger plate ( 2 ) disposed within the hollow body, with the coolant inlet ( 5 ) connected first collecting channel ( 9 ) and / or one with the coolant outlet ( 6 ) second collecting channel ( 11 ), wherein at least one collecting channel ( 9 . 11 ) along a longitudinal side ( 8th ) of the turbulence body ( 7 ) such that the coolant ( 4 ) distributed along the longitudinal side ( 8th ) of the turbulence body ( 7 ) enters this. Ladeluftkühler (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest in einem Sammelkanal (9, 11) ein Verteilerelement (19) angeordnet ist, durch das eine konstante Volumenstromverteilung entlang des Turbulenzkörpers (7) einstellbar ist. Intercooler ( 1 ) according to claim 1, characterized in that at least in a collecting channel ( 9 . 11 ) a distributor element ( 19 ) is arranged, through which a constant volume flow distribution along the turbulence body ( 7 ) is adjustable. Ladeluftkühler (1) nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Sammelkanal (9, 11) von dem Turbulenzkörper (7) durch ein mehrere Durchlassöffnungen (21) aufweisendes Trennelement (20) getrennt ist, wobei der flächenmäßige Anteil der Durchlassöffnungen (21) in Längsrichtung des Sammelkanals (9, 11) unterschiedlich ist. Intercooler ( 1 ) according to claims 1 or 2, characterized in that at least one collecting channel ( 9 . 11 ) from the turbulence body ( 7 ) through a plurality of passage openings ( 21 ) having separating element ( 20 ), wherein the areal proportion of the passage openings ( 21 ) in the longitudinal direction of the collecting channel ( 9 . 11 ) is different. Ladeluftkühler (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einzelne Durchlassöffnungen (21) eine einstellbare Größe und/oder Verteilung aufweisen. Intercooler ( 1 ) according to claim 3, characterized in that at least individual passage openings ( 21 ) have an adjustable size and / or distribution. Ladeluftkühler (1) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsseite (8) eine Orientierung quer zur Strömungsrichtung der Ladeluft (3) aufweist. Intercooler ( 1 ) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the longitudinal side ( 8th ) an orientation transverse to the flow direction of the charge air ( 3 ) having. Ladeluftkühler (1) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sammelkanal (9) des Kühlmitteleinlasses (5) an einer der Anströmrichtung der Ladeluft (3) abgewandten Seite und der Sammelkanal (11) des Kühlmittelauslasses (6) an einer der Anströmrichtung der Ladeluft (3) zugewandten Seite angeordnet ist. Intercooler ( 1 ) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the collecting channel ( 9 ) of the coolant inlet ( 5 ) at one of the direction of flow of the charge air ( 3 ) and the collecting channel ( 11 ) of the coolant outlet ( 6 ) at one of the direction of flow of the charge air ( 3 ) facing side is arranged. Ladeluftkühler (1) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlmitteleinlass (5) im Bereich einer ersten Stirnseite (15) des Turbulenzkörpers (7) und der Kühlmittelauslass (6) im Bereich einer der ersten Stirnseite (15) gegenüberliegenden zweiten Stirnseite (16) des Turbulenzkörpers (7) angeordnet ist. Intercooler ( 1 ) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the coolant inlet ( 5 ) in the region of a first end face ( 15 ) of the turbulence body ( 7 ) and the coolant outlet ( 6 ) in the region of one of the first end face ( 15 ) opposite second end face ( 16 ) of the turbulence body ( 7 ) is arranged. Ladeluftkühler (1) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Turbulenzkörper (7) entlang der gegenüberliegenden Sammelkanäle (9, 11) zwei insbesondere kongruente Seitenflächen übereinstimmender Größe entlang der Längsseiten (8) aufweist. Intercooler ( 1 ) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the turbulence body ( 7 ) along the opposite collecting channels ( 9 . 11 ) two particularly congruent side surfaces of matching size along the longitudinal sides ( 8th ) having. Ladeluftkühler (1) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sammelkanäle (9, 11) in zueinander parallelen Ebenen angeordnet sind. Intercooler ( 1 ) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the collecting channels ( 9 . 11 ) are arranged in mutually parallel planes. Ladeluftkühler (1) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Turbulenzkörper (7) eine als Positionierhilfe oder Zentrierhilfe ausgeführte Ausformung (13) aufweist. Intercooler ( 1 ) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the turbulence body ( 7 ) an executed as a positioning aid or centering molding ( 13 ) having.
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