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VERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
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Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen
US-Patentanmeldung Nr. 62/172,519 , eingereicht am 8. Juni 2015, deren gesamter Inhalt hierin durch Verweis aufgenommen wurde.
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STAND DER TECHNIK
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Ladeluftkühler werden in Verbindung mit Turbolader-Verbrennungsmotorsystemen verwendet. In solchen Systemen wird Restenergie aus dem Verbrennungsabgas durch eine Abgasexpansionsturbine zurückgewonnen und die zurückgewonnene Energie wird verwendet, um den Druck der einströmenden Luft (die als „Ladeluft“ bezeichnet wird), die dem Motor zugeführt wird, zu verdichten oder zu „verstärken“. Dies erhöht den Betriebsdruck des Motors, wodurch die Wärmeeffizienz erhöht wird und eine bessere Kraftstoffsparsamkeit bereitgestellt wird.
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Das Verdichten der Ladeluft unter Verwendung der Abgase führt typischerweise zu einem wesentlichen Anstieg der Lufttemperatur. Ein solcher Temperaturanstieg kann aus zumindest zwei Gründen unerwünscht sein. Erstens steht die Dichte der Luft in umgekehrt proportionalem Verhältnis zu ihrer Temperatur, so dass die Menge der Luftmasse, die in jedem Verbrennungstakt in die Verbrennungszylinder eintritt, geringer ist, wenn die Lufttemperatur erhöht ist, was zu einer reduzierten Motorleistung führt. Zweitens steigt die Produktion von unerwünschten und/oder schädlichen Emissionen wie Stickstoffoxiden an, wenn die Verbrennungstemperatur ansteigt. Die Emissionsgrenzwerte für Verbrennungsmotoren ist streng reguliert, was es oftmals nötig macht, die Temperatur der Luft, die in die Verbrennungskammern eintritt, auf eine Temperatur zu regulieren, die relativ nah an der Umgebungslufttemperatur liegt. Deshalb wird das Kühlen der Ladeluft unter Verwendung von Ladeluftkühlern bei Turboladermotoren heute weitverbreitend angewendet.
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Das Kühlen der Ladeluft wird typischerweise entweder unter Verwendung direkter Umgebungsluft-zu-Ladeluft-Wärmetauscher oder indirekter flüssiggekühlter Ladeluftwärmetauscher erzielt. Üblicherweise und insbesondere wenn der Verbrennungsmotor in einem Fahrzeug eingebaut ist, muss jegliche erzeugte Abwärme irgendwann an die Umgebungsluft abgegeben werden. In einem Ladeluftkühler, der direkt von Umgebungsluft gekühlt wird, wird die Ladeluft einfacher auf eine geringere Temperatur abgekühlt (d.h. eine Temperatur, die beinahe so gering ist wie die Umgebungslufttemperatur). Das Integrieren eines solchen Ladeluftkühlers in ein kompaktes System kann jedoch Probleme aufwerfen, da die Strömungsleitungen, die zum Lenken der Ladeluft notwendig sind, oftmals groß sind, um einen unerwünschten Druckverlust zu verhindern und der direkt gekühlte Ladeluftkühler sich in einer Position befinden muss, in der eine Strömung von Umgebungskühlluft durch ihn hindurch geleitet werden kann.
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Zu diesem Zweck wurde es in einigen kompakten Systemen üblich, die Ladeluft durch Abgabe der Wärme an eine Flüssigkühlmittelschleife abzukühlen. Ein solches Kühlsystem kann als indirekte Ladeluftkühlung bezeichnet werden, da die Wärme zuerst an eine Flüssigkühlmittelschleife und anschließend von der Flüssigkühlmittelschleife auf die Umgebungsluft übertragen wird. Bestimmte Vorteile sind mit einer solchen Anordnung möglich. Flüssigkühlmittel ist typischerweise ohne weiteres erhältlich, da der Verbrennungsmotor selbst typischerweise flüssiggekühlt ist. Außerdem sind Flüssigkeitsleitungen um Vieles kompakter als die Ladeluftleitungen und können einfach verlegt werden und bieten in Bezug auf die Position, in der der Ladeluftkühler bereitgestellt ist, mehr Flexibilität. In manchen Fällen kann ein flüssiggekühlter Ladeluftkühler am oder nahe des Lufteinlassverteilers des Motors angeordnet werden, was das Lenken der Ladeluft über ein direkt luftgekühltes System stark vereinfacht.
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Jedoch ist es aufgrund der Anforderung, dass die Wärme unter Verwendung eines solchen indirekten Systems zweimal übertragen werden muss (zuerst von der Ladeluft auf das Flüssigkühlmittel, dann von dem Flüssigkühlmittel auf die Umgebungsluft), schwieriger die erforderliche geringe Lufttemperatur am Einlass der Verbrennungszylinder zu erzielen. Ausführungsformen, die zur Vertiefung derartiger Fragestellungen herangezogen werden können, sind aus der
DE 10 2013 215 608 A1 ,
DE 10 2005 044 291 A1 ,
US 4 317 439 A und der
DE 26 55 017 C2 bekannt.
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KURZFASSUNG
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst ein Verfahren zum Kühlen einer Ladeluftströmung Lenken einer Ladeluftströmung durch eine erste und eine zweite Stufe eines Ladeluftkühlers in aufeinanderfolgender Reihenfolge. Eine Strömung von Flüssigkühlmittel wird empfangen und wird in einen ersten Teil und einen zweiten Teil aufgeteilt. Die Temperatur des ersten Teils wird durch Abgeben der Wärme an ein Kältemittel verringert. Der zweite Teil wird durch die erste Stufe des Ladeluftkühlers gelenkt, um die Temperatur der Ladeluft zu verringern, und der erste Teil wird durch die zweite Stufe des Ladeluftkühlers gelenkt, nachdem er Wärme an das Kältemittel abgegeben hat, um die Temperatur der Ladeluft weiter zu reduzieren.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst ein Ladeluftkühler einen ersten, zweiten und dritten Wärmetauschabschnitt. In dem ersten Wärmetauschabschnitt wird Wärme von einer ersten Strömung von Flüssigkühlmittel auf ein Kältemittel übertragen, um die erste Strömung von Flüssigkühlmittel von einer ersten Temperatur auf eine zweite Temperatur abzukühlen. In dem zweiten Wärmetauschabschnitt wird Wärme von einer Ladeluftströmung an eine zweite Strömung von Flüssigkühlmittel abgegeben, um die Ladeluftströmung von einer dritten Temperatur auf eine vierte Temperatur abzukühlen. In dem dritten Wärmetauschabschnitt wird Wärme aus der Ladeluftströmung auf die erste Strömung von Flüssigkühlmittel übertragen, um die Ladeluftströmung von der vierten Temperatur auf eine fünfte Temperatur abzukühlen, wobei die fünfte Temperatur geringer ist als die erste Temperatur.
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Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst ein Ladeluftkühler einen ersten Plattenstapel, der verbunden ist, um abwechselnde Schichten von Flüssigkühlmitteldurchlässen und Kältemitteldurchlässen zu definieren, einen zweiten Plattenstapel, der verbunden ist, um abwechselnde Schichten aus Flüssigkühlmitteldurchlässen und Luftströmungsdurchlässen zu definieren und eine Montageplatte, die zwischen dem ersten und dem zweiten Plattenstapel angeordnet ist. Ein erster Kühlmitteleinlassverteiler erstreckt sich durch den ersten Plattenstapel und ist fluidisch mit Einlassenden der Flüssigkühlmitteldurchlässe des erstenPlattenstapels gekoppelt, und ein erster Kühlmittelauslassverteiler erstreckt sich durch den ersten Plattenstapel und ist fluidisch mit Auslassenden der Flüssigkühlmitteldurchlässe des erstenPlattenstapels gekoppelt. Ein zweiter Kühlmitteleinlassverteiler erstreckt sich durch den zweiten Plattenstapel und ist fluidisch mit Einlassenden eines ersten Teilsatzes der Flüssigkühlmitteldurchlässe des zweitenPlattenstapels gekoppelt. Eine Öffnung erstreckt sich durch die Montageplatte und stellt einen Fluidkommunikationspfad zwischen dem ersten Kühlmittelauslassverteiler und dem zweiten Kühlmitteleinlassverteiler bereit.
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Figurenliste
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- 1 ist eine Perspektivenansicht eines Ladeluftkühlers gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
- 2 ist eine teilweise perspektivische Explosionsansicht des Ladeluftkühlers aus 1.
- 3 ist eine teilweise perspektivische Explosionsansicht eines Abschnitts des Ladeluftkühlers aus 1.
- 4 ist eine teilweise perspektivische Explosionsansicht eines weiteren Abschnitts des Ladeluftkühlers aus 1.
- 5 ist eine teilweise vergrößerte Perspektivenansicht noch eines weiteren Abschnitts des Ladeluftkühlers aus 1.
- 6 ist eine schematische Darstellung eines Ladeluftkühlersystems, der eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt, innerhalb eines Verbrennungsmotorsystems.
- 7 ist eine Perspektivenansicht eines Ladeluftkühlers gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
- 8 ist eine teilweise perspektivische Explosionsansicht des Ladeluftkühlers aus 7.
- 9 ist ein Diagramm eines Ladeluftkühlers gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Bevor irgendwelche Ausführungsformen der Erfindung im Detail erklärt werden, gilt zu verstehen, dass die Erfindung in ihrer Anwendung nicht auf die Details der Konstruktion und der Anordnung der Komponenten, wie sie in der folgenden Beschreibung dargelegt oder in den beigefügten Zeichnungen dargestellt, beschränkt sind. Die Erfindung ist auch dazu in der Lage, in anderen Ausführungsformen und auf verschiedene Art und Weise praktiziert oder ausgeführt zu werden. Zudem gilt zu verstehen, dass die hierin verwendete Ausdrucksweise und Terminologie nur zu Beschreibungszwecken dient und nicht als beschränkend auszulegen ist. Die Verwendung von „einschließlich“, „umfassend“ oder „aufweisend“ und Variationen davon soll hierin bedeuten, dass die danach aufgeführten Elemente und Äquivalente davon sowie zusätzliche Elemente umfasst sind. Sofern nicht anders angegeben oder eingeschränkt, werden die Begriffe „montiert“, „verbunden“, „gestützt“ und „gekoppelt“ und Variationen davon in weiterem Sinn verwendet und umfassen direkte sowie indirekte Halterungen, Verbindungen, Träger und Kupplungen. Ferner sind „verbunden“ und „gekoppelt“ nicht auf physikalische oder mechanische Verbindungen oder Kupplungen beschränkt.
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Ein Ladeluftkühler 1, der in 1-2 dargestellt ist, ist eine beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Ladeluftkühler 1 kann innerhalb eines Verbrennungsmotorsystems (wie es z.B. in einem Fahrzeug oder einem stationären Leistungserzeugungssystem oder dergleichen verwendet werden kann) verwendet werden, um die Temperatur einer Strömung von verdichteter Verbrennungsluft 51 zu reduzieren, bevor eine solche Luft in den Verbrennungskammern des Motors empfangen wird. Eine solche verdichtete Verbrennungsluft 51 wird typischerweise als „Ladeluft“ bezeichnet, und kann dem Ladeluftkühler 1 über einen Turbolader, einen Superlader oder jede andere Vorrichtung zugeführt werden, die konfiguriert ist, Umgebungsluft zur Anlieferung an den Motor zu verdichten.
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Um die bereits zuvor erwähnte Kühlung der verdichteten Verbrennungsluft 51 zu erzielen, wird eine Strömung von Flüssigkühlmittel 53 in einer Kühlmitteleinlassöffnung 5 des Ladeluftkühlers 1 empfangen und wird in eine Wärmetauschbeziehung mit der verdichteten Luft 51 gebracht, die durch den Kühler 1 strömt. Das Flüssigkühlmittel 53 kann aus einer geschlossenen Schleife von Motorkühlmittel empfangen werden, das zum Kühlen des Verbrennungsmotors und anderer wärmeerzeugenden Komponenten innerhalb des Motors verwendet wird. Nachdem Wärme aus der verdichteten Luft 51 auf das Kühlmittel übertragen wurde, wird das Kühlmittel durch eine Kühlmittelauslassöffnung 6 als Flüssigkühlmittelströmung 56 aus dem Ladeluftkühler 1 entfernt.
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In einem typischen Motorsystem des Typs, zu dem der Ladeluftkühler 1 besonders gut passt, ist die Temperatur der Flüssigkühlmittelströmung 53, die in den Ladeluftkühler 1 eintritt, oftmals durch die Tastsache auf ein bestimmtes Minimum beschränkt, dass die Wärme der geschlossenen Schleife von Flüssigkühlmittel selbst abgegeben werden muss, üblicherweise an die Umgebungsluft. In vielen Fällen ist die Temperatur, bei der es wünschenswert ist, dass die verdichtete Luft dem Motor zuzuführen ist, geringer als die Minimaltemperatur, was zu unerwünschten Resultaten wie einer erhöhten Schadstoffproduktion und /oder einer verringerten Motoreffizienz führt.
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Um diesen Nachteil zu überwinden, ist der Ladeluftkühler 1 mit einem Wärmetauschabschnitt ausgestattet, der von einem Stapel 2 aus Platten definiert wird, durch die ein Teil der Flüssigkühlmittelströmung 53 geleitet wird. Eine Strömung von Kältemittel 52 wird in diesem erstenPlattenstapel 2 in einem zumindest teilweise gasförmigen Zustand und bei einer Temperatur empfangen, die geringer ist als die Temperatur des Kühlmittels 53, das in dem Ladeluftkühler 1 empfangen wird. Der Teil der Flüssigkühlmittelströmung 53, der denPlattenstapel 2 durchströmt, wird durch Übertragen der Wärme auf die Strömung von Kältemittel 52 gekühlt, das denselben Abschnitt durchströmt. In manchen besonders bevorzugten Ausführungsformen wird die Strömung des Kältemittels 52 mit einer Temperatur in dem Ladeluftkühler 1 empfangen, die geringer ist als die Umgebungstemperatur des Systems, wodurch die Kühlung dieses Teils der Flüssigkühlmittelströmung 53 auf eine geringere Temperatur als jene ermöglicht wird, die durch die Abgabe von Wärme an die Umgebungsluft möglich wäre. Die Übertragung von Wärmeenergie auf die Strömung von Kältemittel führt zum Verdampfen des Kältemittels 52, und das Kältemittel 52 wird anschließend durch eine Kältemittelauslassöffnung 9 als eine einigermaßen supererhitzte Dampfströmung oder als eine Zweiphasen-Kältemittelströmung mit einer höheren Dampfqualität als die, mit der sie in dem Ladeluftkühler 1 empfangen wurde, aus dem Ladeluftkühler 1 entfernt.
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Der Ladeluftkühler 1 umfasst ferner einen Flüssigkühlmittel-zu-Luft-Wärmetauschabschnitt, der von einem zweiten Stapel 3 aus Platten definiert wird. Der Teil der Kühlmittelströmung 53, der durch den erstenPlattenstapel 2 gelenkt wird, sowie der restliche Teil der Kühlmittelströmung 53 werden durch den zweitenPlattenstapel 3 geleitet, um die verdichtete Ladeluft 51 zu kühlen, wie unter spezieller Bezugnahme auf 3 ausführlicher beschrieben werden wird.
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In der beispielhaften Ausführungsform aus 1 und 2 befinden sich diePlattenstapel 2 und 3 an gegenüberliegenden Seiten einer Montageplatte 4. Die Montageplatte 4 umfasst eine erste Montageoberfläche 37, auf der derPlattenstapel 2 festgelegt ist, und eine zweite gegenüberliegende Montageoberfläche 38, auf der derPlattenstapel 3 festgelegt ist. Der Umriss der Montageplatte 4 erstreckt sich über die äußere Peripherie desPlattenstapels 3 hinaus, und eine Reihe von Montagelöchern 42 ist entlang des Umfangs der Montageplatte 4 angeordnet. Dies ermöglicht, dass derPlattenstapel 3 in ein Gehäuse (nicht dargestellt) aufgenommen werden kann, durch das die Strömung von verdichteter Ladeluft 51 gelenkt werden kann, wobei die Montageplatte 4 als eine Deckplatte dient, um das Gehäuse abzudichten. Die Positionen der Montagelöcher 42 können so angeordnet werden, dass sie mit Positionen entsprechender Montagelöcher in einem solchen Gehäuse übereinstimmen, so dass mechanische Befestigungselemente verwendet werden können, um die Montageplatte 4 an dem Gehäuse zu fixieren, um eine luftdichte Dichtung zu erzielen. Das Gehäuse kann ein alleinstehendes Gehäuse für den Ladeluftkühler 1 sein, oder kann ein Teil des Lufteinlassverteilers des Motors sein.
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DerPlattenstapel 3 des Ladeluftkühlers 1 ist in 3 in einem teilweise vergrößerten Zustand dargestellt, um bestimmte Aspekte am besten veranschaulichen zu können. DerPlattenstapel 3 ist als ein Stapel aus Plattenpaaren 10 ausgelegt, wobei jedes Plattenpaar im Allgemeinen spiegelbildliche Platten 10A, 10B umfasst, die zusammen Kühlmittelströmungspfade 46, 47 innerhalb des Plattenpaars definieren. Gewellte Luftlamellen 20 sind zwischen den Plattenpaaren 10 gelagert und daran fixiert. Es gilt anzumerken, dass während nur wenige Faltungen der gewellten Luftlamellen an jedem Ende der Lamelle 20 dargestellt sind, die Wellen über die gesamte Breite der Luftlamellen 20 fortgesetzt werden sollen, um Luftströmungskanäle durch den Ladeluftkühler 1 sowie eine vergrößerte Oberfläche für die Wärmeübertragung aus der Luft bereitzustellen. Die Luftlamellen 20 können gegebenenfalls Luftklappen, Höcker, Schlitze oder andere Verwirbelungselemente aufweisen, um die Rate der Konvektionswärmeübertragung aus der Luftströmung 51 zu begünstigen.
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Die Platten 10A, B und die Luftlamellen 22 bestehen vorzugsweise aus einem lötbaren Metall wie z.B. Aluminium. Dies ermöglicht ein verlässliches Fixieren der Stapelbestandteile während eines Lötvorgangs, wodurch eine leckfreie Trennung des Flüssigkühlmittels und der Luft ermöglicht sowie ein geringer Wärmewiderstand für einen effizienten Wärmetausch zwischen den Fluiden bereitgestellt wird.
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Die Plattenpaare 10 definieren zwei getrennte Wärmetauschabschnitte 11 und 12 für die Übertragung von Wärme von der verdichteten Luft 51 auf das Flüssigkühlmittel. Die Abschnitte 11 und 12 sind so angeordnet, dass die verdichtete Luft 51 nacheinander durch sie hindurchgelenkt wird, wobei der Abschnitt 11 in Bezug auf die Strömung der Ladeluft 51 stromauf des Abschnitts 12 angeordnet ist. Der Abschnitt 11 stellt Kühlmittelströmungspfade 46 bereit, die sich zwischen einem Kühlmitteleinlassverteiler 33 und einem Kühlmittelauslassverteiler 34 erstrecken. Ähnlich dazu stellt der Abschnitt 12 Kühlmittelströmungspfade 47 bereit, die sich zwischen einem Kühlmitteleinlassverteiler 35 und einem Kühlmittelauslassverteiler 36 erstrecken. In der beispielhaften Ausführungsform umfassen die Kühlmittelströmungspfade 46 und 47 jeweils zwei aufeinanderfolgende Durchlässe, die sich in einer Querrichtung zu der Luftströmung 51 erstrecken, wobei die Durchlässe so angeordnet sind, dass sich der erste Kühlmitteldurchlass in Bezug auf den Luftstrom stromab des zweiten Kühlmitteldurchlasses (anders ausgedrückt, in einer Gegen-Quer-Strömungsanordnung zwischen dem Kühlmittel und der Luft) befindet. In anderen Ausführungsformen können ein oder beide der Strömungspfade mehrere oder weniger Durchlässe aufweisen und/oder können Durchlässe aufweisen, die so angeordnet sind, dass spätere Durchlässe stromab von früheren Durchlässen liegen.
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Die Verteiler 33, 34, 35, 36 werden von Löchern 18 in jeder der Platten 10A und 10B definiert, wobei sich gewölbte Umrisse 19 der Löcher 18 weg von dem Inneren jedes Plattenpaares 10 erstrecken. Die gewölbten Umrisse 19 weisen eine Höhe auf, die etwa halb so groß ist wie die Höhe der Luftlamellen 20, so dass die gewölbten Umrisse 19 von benachbarten Plattenpaaren 10 aneinander anstoßen, um die Verteiler fluidisch abzudichten. Längsrippen 17 sind in den Platten 10A und 10B in Richtung des Inneren der Plattenpaare 10 ausgebildet, um die aufeinanderfolgenden Durchlässe innerhalb jedes Plattenpaares 10 zu definieren. Noppen 16 sind ebenfalls bereitgestellt, und dienen dazu, die Strömung von Kühlmittel für eine verbesserte Wärmeübertragung zu verwirbeln sowie um Strukturträger für die Plattenpaare 10 bereitzustellen. Eine obere Platte 13 ist an einem Ende des Plattenstapels angeordnet, und ist auf der Montageoberfläche 38 der Montageplatte 4 fixiert. Eine untere Platte 14 ist an dem gegenüberliegenden Ende des Plattenstapels angeordnet und bedeckt die Verteiler 33, 34, 35, 36. Die untere Platte 14 kann mit einem lotrecht ausgerichteten Flansch 15 ausgestattet werden, um den Aufbau des Abschnitts 3 zu einem Gehäuse zu vereinfachen.
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Der Kältemittel-zu-Flüssigkühlmittel-Stapel 2 des Ladeluftkühlers 1 ist in 4 in einem teilweise vergrößerten Zustand dargestellt, um bestimmte Aspekte am besten veranschaulichen zu können. Dieser Teil des Ladeluftkühlers 1 ist als ein Plattenstapel 21 aufgebaut, die eng aneinander liegen, um den Plattenstapel 2 auszubilden. Diese aneinander liegende Position ergibt sich aufgrund eines angewinkelten peripheren Flanschs 22, der sich entlang des Umfangs jeder der Platten 21 erstreckt, so dass sich die Flansche 22 von benachbarten Platten 21 überlappen und aneinander anstoßen, wenn derPlattenstapel errichtet ist. Wie beiPlattenstapel 3, bestehen die Platten 21 vorzugsweise aus einem lötbaren Metall wie Aluminium, so dass der erstelltePlattenstapel 2 gelötet werden kann, um leckfreie Verbindungen zwischen den aneinander liegenden Platten 21 ausbilden zu können.
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Eine einzelne Plattenauslegung kann verwendet werden, um Strömungspfade für das Flüssigkühlmittel sowie für das Kältemittel, das durch denPlattenstapel 2 strömt, bereitzustellen, wie in der Ausführungsform in 4 dargestellt ist. Strömungspfade 48 für das Kältemittel und Strömungspfade 45 für das Flüssigkühlmittel sind auf abwechselnden Schichten desPlattenstapels 2 bereitgestellt. Ein Kältemitteleinlassverteiler 29 und ein Kältemittelauslassverteiler 30 sind an einem Ende desPlattenstapels 2 an Positionen bereitgestellt, die einer Kältemitteleinlassöffnung 8 bzw. einer Kältemittelauslassöffnung 9 entsprechen. Die Kältemittelöffnungen 8 und 9 erstrecken sich jeweils von einem Kältemittelanschlussstück 7, das an der Oberseite desPlattenstapels 2 angeordnet ist, wobei ein solches Kältemittelanschlussstück 7 vorzugsweise eines vom Standardtyp ist, um die Aufnahme des Ladeluftkühlers 1 in ein Standard-Kältemittelsystem zu erleichtern. Die Kältemittelströmungspfade 48 umfassen zwei aufeinanderfolgende Durchlässe, die sich in einer U-Form auf jeder der Kältemittelschichten erstrecken. Ähnlich dazu sind ein Flüssigkühlmitteleinlassverteiler 31 und ein Flüssigkühlmittelauslassverteiler 32 an dem gegenüberliegenden Ende desPlattenstapels 2 angeordnet. Die Position des Kühlmitteleinlassverteilers 31 entspricht der Position der Kühlmitteleinlassöffnung 5, so dass zumindest ein Teil des Kühlmittels, das in dem Ladeluftkühler 1 durch die Kühlmitteleinlassöffnung 5 empfangen wird, in die Kühlmittelströmungspfade 45 gelenkt werden kann. Die Kühlmittelströmungspfade 45 umfassen auch zwei aufeinanderfolgende Durchlässe, die sich in einer U-Form auf jeder der Kühlmittelschichten erstrecken.
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Werden die einzelnen Platten 21 zu demPlattenstapel 2 zusammengesetzt, geraten die angewinkelten peripheren Flansche 22 in Eingriff, so dass die im Allgemeinen ebenen und flachen zentralen Oberflächen 74 der Platten 21 beabstandet werden, um die Strömungspfade 45, 48 zu definieren. Noppen 23 können in der Oberfläche 74 bereitgestellt werden, um die resultierende Lücke zu überbrücken, um einen Strukturträger sowie eine Verwirbelung der Strömung bereitzustellen. Alternativ dazu können getrennte Verwirbelungsbleche innerhalb des Raums bereitgestellt werden. Eine zentrale Rippe 24 ist ähnlich dazu bereitgestellt, um die U-förmigen Strömungspfade zu definieren und den direkten Transport von Kühlmittel aus dem Einlassverteiler 31 zum Auslassverteiler 32 oder von Kältemittel aus dem Einlassverteiler 29 zum Auslassverteiler 30 zu verhindern.
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Die Verteiler 29, 30, 31, 32 werden jeweils von Löchern 25 definiert, die an den Ecken jeder der Platten 21 bereitgestellt sind. Jedes der Löcher 25 wird von einem erhabenen peripheren Flansch 26 umgeben, der eine Höhe aufweist, die in etwa halb so groß ist wie die des Raums zwischen benachbarten Platten 21. Zwei der peripheren Flansche 26, die die Löcher 25 an dem Ende jeder Platte 21 umgeben, erstrecken sich ausgehend von der Oberfläche 74 in eine Richtung, während sich die anderen zwei der peripheren Flansche ausgehend von der Oberfläche 74 in die entgegengesetzte Richtung erstrecken. Abwechselnde Platten 21 in demPlattenstapel 2 sind um 180° gedreht, so dass die zwei sich nach oben erstreckenden peripheren Flansche 26 einer Platte 21 mit den zwei nach unten gewandten peripheren Flanschen 26 einer ersten benachbarten Platte 21 in Eingriff treten können, und so, dass die zwei sich nach unten erstreckenden peripheren Flansche 26 einer Platte 21 mit den zwei sich nach oben erstreckenden peripheren Flanschen 26 einer zweiten benachbarten Platte 21 in Eingriff treten können. Jede zentrale Rippe 24 erstreckt sich ausgehend von der Oberfläche 74 in die entgegengesetzte Richtung wie jene der peripheren Flansche 26, die jene Löcher 25 umgeben, die von der Rippe 24 getrennt werden, so dass Öffnungen 75 innerhalb jedes der Verteiler 39, 30, 31, 32 definiert sind, um zu ermöglichen, dass die Fluide in und aus den Strömungsdurchlässen 45, 48 strömen.
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Obwohl die Verwendung einer gemeinsam genutzten Platte 21 wirtschaftliche Vorteile mit sich bringt, gilt zu verstehen, dass zwei verschiedene Plattenauslegungen in manchen alternativen Ausführungsformen auf abwechselnde Art und Weise zusammengesetzt werden können, um den Plattenstapel 2 auszubilden. Zusätzlich dazu können alternative Plattenstapelauslegungen, wie z.B. eine gestauchte Plattenauslegung, anstelle der in der beispielhaften Ausführungsform dargestellten eng aneinander liegenden Plattenauslegung verwendet werden.
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Der Plattenstapel 2 wird an einem Ende von einer Deckplatte 27 bedeckt, die aus einem dickeren Material besteht, als das der Platten 21, um den Druckkräften, die von dem Kältemittel darauf ausgeübt werden, besser standhalten zu können. Das Kältemittelanschlussstück 7 ist auf der Deckplatte 27 fixiert, genau wie die Flüssigkühlmitteleinlassöffnung 5. Eine untere Platte 28 bedeckt den Plattenstapel 2 an dem gegenüberliegenden Ende und ist ähnlich dazu aus einem dickeren Material gefertigt. Die untere Platte 28 kann verwendet werden, um die Kältemittelverteiler 29 und 30 zu verschließen und stellt die Grenzfläche bereit, an der der Plattenstapel 2 mit der Montageoberfläche 37 der Montageplatte 4 verbunden ist.
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Die Montageplatte 4 kann, wie in 5 in der vergrößerten Ansicht dargestellt ist, aus mehreren Plattenbestandteilen bestehen. Speziell in der beispielhaften Ausführungsform werden drei flache Platten 4A, 4B und 4C verwendet und werden später zusammenlaminiert, um die Montageplatte 4 auszubilden. Diese Konstruktion ermöglicht die Verwendung von flachen Bauteilen, die ohne weiteres aus Blechmaterial ausgebildet werden können. Es gilt jedoch zu verstehen, dass mehr oder weniger Plattenbestandteile verwendet werden können, und in manchen Ausführungsformen kann die Montageplatte 4 als ein einzelnes Bauteil ausgebildet sein.
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Eine Öffnung 39 erstreckt sich durch die gesamte Dicke der Montageplatte 4, ausgehend von der Montageoberfläche 37 bis zur Montageoberfläche 38. An der Montageoberfläche 37 weist die Öffnung 39 eine Größe und eine Position auf, die dem Kühlmitteleinlassverteiler 31 des Plattenstapels 2 entspricht. Der Verteiler 31 erstreckt sich durch die untere Platte 28 des Plattenstapels 2, so dass zumindest ein Teil des Flüssigkühlmittels, das dem Kühlmitteleinlassverteiler 31 zugeführt wird, in die Öffnung 39 gelenkt werden kann, anstelle dass es entlang der Kühlmittelströmungspfade 45 desPlattenstapels 2 strömt. An der Montageoberfläche 38 weist die Öffnung 39 eine Größe und Position auf, die dem Kühlmitteleinlassverteiler 33 des Plattenstapels 3 entspricht, so dass Kühlmittel, das ausgehend von dem Kühlmitteleinlassverteiler 31 des Plattenstapels 2 in die Öffnung 39 gelenkt wird, in dem Verteiler 33 empfangen werden kann.
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Aus 5 sollte ohne weiteres hervorgehen, dass die mehrstückige Auslegung der Montageplatte 4 ermöglicht, dass sich die Öffnung 39 durch die Montageplatte 4 entlang eines nichtlinearen Pfads erstreckt. Dies ermöglicht, dass sich die Position und/oder die Größe der Öffnung 39 an der Montageoberfläche 38 von der Position und/oder Größe an der Montageoberfläche 37 unterscheidet, und deshalb eine größere Flexibilität bei der Auslegung derPlattenstapel 2 und 3 ermöglicht.
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Eine Öffnung 40 erstreckt sich ähnlich dazu durch die Montageplatte 4 von der Montageoberfläche 37 bis zur Montageoberfläche 38. An der Montageoberfläche 37 weist die Öffnung 40 eine Größe und eine Position auf, die dem Kühlmittelauslassverteiler 32 des Plattenstapels 2 entspricht, und an der Montageoberfläche 38 weist die Öffnung 40 eine Größe und Position auf, die dem Kühlmitteleinlassverteiler 35 des Plattenstapels 3 entspricht. Der Verteiler 32 erstreckt sich auch durch die untere Platte 28 des Plattenstapels 2, so dass das Flüssigkühlmittel, das entlang der Strömungspfade 45 des Plattenstapels 2 geströmt ist, von dem Kühlmittelauslassverteiler 32 über die Öffnung 40 zu dem Kühlmitteleinlassverteiler 35 gelenkt wird. Wiederum ermöglicht die mehrstückige Auslegung der Montageplatte 4, dass sich die Position und/oder die Größe der Öffnung 40 an der Montageoberfläche 38 von der Position und/oder der Größe an der Montageoberfläche 37 unterscheiden.
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Der Plattenbestandteil 4A weist zudem zwei zusätzliche Öffnungen 73 auf, die sich nicht vollständig durch die Montageplatte 4 durch erstrecken. Die Öffnungen 73 sind mit den Kühlmittelauslassverteilern 34 und 36 des Plattenstapels 3 fluchtend ausgerichtet, so dass das Flüssigkühlmittel, nachdem es die Plattenpaare 10 durchströmt hat, durch diese empfangen werden kann. Das Flüssigkühlmittel aus diesen Verteilern wird in einem Innenkanal 41 der Montageplatte 4 erneut vereint, und die Kühlmittelauslassöffnung 6 ist in Fluidkommunikation mit dem Kanal 41, so dass das kombinierte Kühlmittel durch diese Öffnung 6 aus dem Ladeluftkühler 1 entfernt werden kann.
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In einer alternativen Ausführungsform des Ladeluftkühlers 1 ist nur eine einzige Öffnung 73 bereitgestellt, die mit dem Kühlmittelauslassverteiler 34 fluchtend ausgerichtet ist. Kommunizierende Pfade sind innerhalb des Plattenstapels 3 zwischen dem Kühlmittelauslassverteiler 36 und dem Kühlmitteleinlassverteiler 33 bereitgestellt, so dass Kühlmittel, das den Wärmetauschabschnitt 12 durchströmt hat, anschließend in dem Kühlmitteleinlassverteiler 33 empfangen wird, wo es erneut mit Kühlmittel vereint wird, das durch die Öffnung 39 empfangen wurde und den Wärmetauschabschnitt 11 durchströmt.
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Die vielen Bestandteile der Montageplatte 4 können aus einem lötbaren Material wie Aluminium hergestellt sein, so dass die verschiedenen Bestandteile durch einen Lötvorgang verbunden werden können, um die Montageplatte 4 auszubilden. In manchen stark bevorzugten Ausführungsformen sind Bestandteile desPlattenstapels 2, desPlattenstapels 3 und der Montageplatte 4 alle aus ähnlichen oder kompatiblen lötbaren Materialien ausgebildet, und können miteinander verlötet werden, um den Ladeluftkühler 1 in einem einzigen Lötvorgang auszubilden.
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Ein Verfahren zum Kühlen einer Ladeluftströmung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf 6 genauer beschrieben. Ein Ladeluftkühlsystem 50 umfasst einen ersten Wärmetauschabschnitt 11 und einen zweiten Wärmetauschabschnitt 12, durch die die Strömung von Ladeluft 51 nacheinander strömt. Die Ladeluftströmung 51 wird aus einer Luftverdichtungsvorrichtung 64 wie z.B. einem Turbolader oder einem Superlader empfangen. Nachdem sie in den Wärmetauschabschnitten 11 und 12 abgekühlt wurde, wird die Ladeluft 51 Verbrennungszylindern 65 zugeführt. Die Wärmetauschabschnitte 11 und 12 sind als ein Luft-zu-Kühlmittel-Wärmetauscher 3 bereitgestellt.
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Eine Strömung von Flüssigkühlmittel 53 wird von einer Kühlmittelpumpe 59 empfangen und wird in einen ersten Teil 54 und einen zweiten Teil 55 aufgeteilt. Der erste Teil 54 wird durch einen Flüssigkeit-zu-Kältemittel-Wärmetauscher 2 entlang eines Strömungspfads 45 gelenkt und seine Temperatur wird durch die Abgabe von Wärme an eine Strömung von Kältemittel verringert, die entlang eines Strömungspfads 48 durch einen Wärmetauscher 2 gelenkt wird.
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Der zweite Teil 55 der Strömung von Flüssigkühlmittel wird entlang eines Strömungspfads 46 durch den Wärmetauschabschnitt 11 gelenkt und empfängt Wärme aus der Ladeluftströmung 51. Der erste Teil 54 der Flüssigkühlmittelströmung, die durch die Übertragung von Wärme auf das Kältemittel in dem Wärmetauscher 2 gekühlt wurde, wird entlang eines Strömungspfads 47 durch den Wärmetauschabschnitt 12 gelenkt und nimmt Wärme von der Ladeluftströmung 51 auf, die bereits durch den Wärmetauschabschnitt 11 geströmt ist und durch die Übertragung von Wärme auf den zweiten Teil 55 des Flüssigkühlmittels gekühlt wurde. Der erste Teil 54 der Flüssigkühlmittelströmung und der zweite Teil 55 der Flüssigkühlmittelströmung werden erneut vereint, um eine kombinierte Kühlmittelströmung 56 zu bilden.
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Obwohl die Kühlmittelströmung 53, die in dem System 50 verwendet wird, eine dafür vorgesehene Kühlmittelschleife sein kann, ist sie vorzugsweise ein Teil der Kühlmittelschleife für das gesamte Motorkühlsystem, mit dem das Ladeluftkühlsystem 50 verbunden ist. Die Kühlmittelströmung 56 wird von dem Wärmetauscher 3 empfangen und wird mit zusätzlichem Kühlmittel 57 aus einem Motorkühlsystem 63 auf der Ansaugseite der Kühlmittelpumpe 59 kombiniert, die die Kühlmittelströmung zirkuliert. Wärme, die in dem Wärmetauschabschnitt 3 und in dem Motorkühlsystem 63 von dem Kühlmittel aufgenommen wird, wird in einem Kühler 60 an die Umgebung abgegeben. Ein Thermostat 62 ist stromab des Kühlers 60 angeordnet, und kann die Temperatur der Kühlmittelströmung durch Umleiten eines Teils des Kühlmittels um den Kühler 60 herum durch eine Umgehungsleitung 61 regulieren. Eine solche Temperaturregulierung kann verwendet werden, um sicherzustellen, dass Kühlmittel dem Motorkühlsystem 63 mit einer optimalen Temperatur zugeführt wird. Ein Teil 58 der Kühlmittelströmung wird dem Motorkühlsystem 63 zugeführt, wobei der restliche Teil 53 der Kühlmittelströmung zurück in das Ladeluftkühlsystem 50 geführt wird.
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In manchen Ausführungsformen kann die Strömung 53 ein Teil einer Niedrigtemperaturkühlmittelschleife sein, die zusätzliche Wärme in einem Temperaturkühler an die Umgebungsluft abgibt. Sogar in solchen Fällen ist die Temperatur des Kühlmittels 53 jedoch nicht geringer als die Umgebungstemperatur.
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Das Kältemittel, das den Wärmetauscher 2 entlang des Kältemittelströmungspfads 48 durchströmt, verlässt den Wärmetauscher 2 vorzugsweise in einem supererhitzten Dampfzustand. Dieses Kältemittel wird anschließend mit zusätzlichem Dampfphasenkältemittel 71 kombiniert, das von einem zusätzlichen Teil 66 des Kältemittelsystems empfangen wurde. Der zusätzliche Teil 66 des Kältemittelsystems kann z.B. ein Klimaanlagensystem zum Kühlen des Fahrzeuginnenraums für mehr Benutzerkomfort sein. Die kombinierte Dampfkältemittelströmung wird in einem Kältemittelkompressor 67 empfangen, worin sie auf einen Hochdruck-Dampfzustand verdichtet wird. Der Hochdruckdampf wird dann in einem Kondensator 68 auf einen Hochdruck-Flüssigzustand abgekühlt und kondensiert. In manchen Ausführungsformen ist der Kondensator 68 ein luftgekühlter Kondensator, wohingegen der Kondensator 68 in anderen Ausführungsformen Teil des Motorkühlsystems 63 ist und das Kältemittel durch Übertragen von Wärme auf das Flüssigkühlmittel 58 kühlt und kondensiert.
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Ein Teil 72 des gekühlten und kondensierten flüssigen Kältemittels wird an den Teil 66 des Kältemittelsystems zurückgeführt, während der restliche Teil 52 zu dem Ladeluftkühlsystem 50 zurückgelenkt wird. Die Strömung von Kältemittel 52 wird in einem Expansionsventil 69 zu einer Niedrigdruck-Zweiphasenströmung entspannt und wird dem Wärmetauscher 2 in diesem Zustand zugeführt. Ein optionales Absperrventil 70 kann stromauf oder stromab des Absperrventils 69 angeordnet sein.
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Die Entspannung der Kältemittelströmung 52 in dem Entspannungsventil 69 reduziert die Temperatur des Kältemittels wesentlich und somit ist es machbar, dass das Kältemittel 52 verdampft wird, da es mit einer Temperatur entlang des Strömungspfads 48 strömt, die wesentlich geringer ist als die Umgebungstemperatur. Daher kann der Teil 54 der Flüssigkühlmittelströmung durch das Kältemittel auf eine Temperatur abgekühlt werden, die geringer ist als in der Umgebung, und kann anschließend die Ladeluft 51 auf eine niedrigere Temperatur kühlen als dies mit einer herkömmlichen Flüssigkühlmittelschleife oder durch Direktkühlung durch Umgebungsluft erreicht werden könnte. In dem System 50 kann die Ladeluft wie beschrieben in dem Wärmetauschabschnitt 11 von der Luftverdichtungsvorrichtung mit einer erhöhten ersten Temperatur empfangen werden und kann den Verbrennungszylindern 65 bei einer stark reduzierten zweiten Temperatur zugeführt werden, obwohl die Temperatur der Strömung von Flüssigkühlmittel 53, die von dem Ladeluftkühlsystem 50 empfangen wird, zwischen der ersten und der zweiten Temperatur liegt.
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Das optionale Absperrventil 70 kann verwendet werden, um die Kältemittelströmung durch den Kältemittelströmungspfad 48 unter bestimmten Betriebsbedingungen zu verhindern. Als Beispiel kann die Umgebungslufttemperatur unter bestimmten Betriebsbedingungen ausreichend niedrig sein, um eine angemessene Kühlung der verdichteten Ladeluft 51 durch das Flüssigkühlmittel bei einer Temperatur zu ermöglichen, bei der es in das Ladeluftkühlsystem 50 eintritt. Unter solchen Betriebsbedingungen würde kein oder nur ein geringer Vorteil daraus entstehen, dass Kältemittel eingesetzt werden würde, um das Flüssigkühlmittel weiter zu kühlen. Eine solche zusätzliche Kühlung könnte die Betriebseffizient des Motorsystems tatsächlich verschlechtern, da die Last, die der Kältemittelkompressor 67 zu verarbeiten hätte, unnötigerweise erhöht werden würde. Durch Schließen des Ventils 70 würde jegliches Kältemittel, das den Kondensator 68 verlässt, in Richtung des restlichen Teils 66 des Kühlmittelsystems gelenkt werden.
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Eine alternative Ausführungsform 101 eines Ladeluftkühlers gemäß der vorliegenden Erfindung ist in 7-8 dargestellt. Viele der in dieser Ausführungsform dargestellten Merkmale ähneln jenen der zuvor beschriebenen Ausführungsform und werden nicht erneut beschrieben werden.
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Der Ladeluftkühler 101 umfasst wiederum einen Flüssigkühlmittel-zu-Kältemittel-Wärmetauschabschnitt, der als ein Plattenstapel 102 ausgeführt ist und einen Flüssigkühlmittel-zu-Ladeluft-Wärmetauschabschnitt, der als ein Plattenstapel 103 ausgeführt ist. DerPlattenstapel 102 und derPlattenstapel 103 sind an gegenüberliegenden Seiten einer Montageplatte 104 angebracht. Die Montageplatte 104 ist wiederum als eine mehrstückige Platte konstruiert, aber besteht in diesem Fall aus zwei Teilen 104A und 104B. Der Teil 104B ist mit einer Montageoberfläche 143 ausgestattet, der die Position der unteren Platte für denPlattenstapel 102 einnimmt, wobei eine umgebende erhöhte Flanschposition 144 die gewünschte strukturelle Stütze für denPlattenstapel 102 bereitstellt.
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Die Kühlmittelströmungsdurchlässe 146 und 147 desPlattenstapels 103 ähneln den Strömungsdurchlässen 46 und 47, die in der vorigen Ausführungsform unter Bezugnahme aufPlattenstapel 3 beschrieben wurden, mit der Ausnahme, dass die Durchlässe 146 und 147 eine ungerade Anzahl (genauer drei) von Strömungsdurchlässen durch denPlattenstapel 103 umfassen. Deshalb befinden sich die Kühlmittelauslassverteiler 134 und 136 an den Kühlmitteleinlassverteilern 133 und 135 entgegengesetzten Enden desPlattenstapels 103. Der Einlassverteiler 133 ist in Fluidkommunikation mit der Kühlmitteleinlassöffnung 105, so dass, ähnlich wie in der zuvor beschriebenen Ausführungsform, ein Teil des Flüssigkühlmittels, der durch die Kühlmitteleinlassöffnung 105 in dem Ladeluftkühler 101 empfangen wurde, in dem Einlassverteiler 133 empfangen werden kann, ohne den Kühlmittel-zu-Kältemittel-Abschnitt 102 zu durchströmen. Der Rest des Flüssigkühlmittels strömt durch den Abschnitt 102 und wird von dem darin enthaltenen Kältemittel gekühlt, und wird dem Kühlmittel-zu-Ladeluftwärmetauschabschnitt 103 anschließend daran durch den Einlassverteiler 135 zugeführt. Öffnungen 139 und 140 erstrecken sich durch die Montageplatte 104, um diesen Leitweg des Flüssigkühlmittels zwischen denPlattenstapeln 102, 103 zu ermöglichen.
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Da die Kühlmittelauslassverteiler 134 und 136 an dem den Einlassverteilern 133 und 135 entgegengesetzten Ende desPlattenstapels 103 angeordnet sind, befindet sich die Kühlmittelauslassöffnung 106 an einer ähnlichen Position an dem der Kühlmitteleinlassöffnung 105 entgegengesetzten Ende. Ein Innenschlitz 141 ist innerhalb der Montageplatte 104 bereitgestellt, um zu ermöglichen, dass die zwei Strömungen von Flüssigkühlmittel erneut zusammengeführt werden und die kombinierte Kühlmittelströmung wird durch die Auslassöffnung 106, die mit der Montageplatte 104 verbunden ist und in Fluidkommunikation mit dem Schlitz 141 steht, aus dem Luftladekühler 101 entfernt.
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Noch eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist in
9 in Diagrammform dargestellt. Der Ladeluftkühler 201 arbeitet im Prinzip ähnlich wie die Ladeluftkühler 1 und 101, aber umfasst auch eine Strömungskühlmittel-Trennkonfiguration, die zuvor von dem Anmelder in
US-Patent Nr. 9.038.609 beschrieben wurde, dessen gesamter Inhalt hiermit durch Verweis hierin aufgenommen wurde.
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In dem Ladeluftkühler 201 umfasst der Kühlmittel-zu-Wärmetauschabschnitt 203 einen zentral positionierten Teil 249, der die Ladeluftströmung blockiert. Daher wird die Strömung der einströmenden verdichteten Ladeluft 51 in zwei Teile 51A und 51B aufgeteilt, die unabhängig voneinander durch den Wärmetauschabschnitt 103 strömen, bevor sie wieder vereint werden. Auf ähnliche Weise wie in zuvor beschriebenen Ausführungsformen umfasst der Flüssigkühlmittel-zu-Ladeluftwärmetauschabschnitt 103 einen ersten Teil 211 zum Kühlen der einströmenden Ladeluft unter Verwendung einer ersten Strömung des Flüssigkühlmittels und einen anschließenden zweiten Teil 212 für das weitere Kühlen der Ladeluft unter Verwendung einer zweiten Strömung des Flüssigkühlmittels.
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Beide Strömungen des Flüssigkühlmittels werden zusammen über einen Flüssigkühlmitteleinlassverteiler 231, der innerhalb eines Flüssigkühlmittel-zu-Kältemittel-Wärmetauschabschnitts 202 des Ladeluftkühlers 201 bereitgestellt ist, in dem Ladeluftkühler 201 empfangen. Die erste und zweite Strömung des Flüssigkühlmittels werden in diesem Verteiler 231 voneinander getrennt, wobei die erste Strömung einem Flüssigeinlassverteiler 233 des Wärmetauschabschnitts 203 zugeführt wird, und die zweite Strömung den Wärmetauschabschnitt 202 durchströmt, um von dem dort durchströmenden Kältemittel (nicht dargestellt) gekühlt zu werden und anschließend von einem Auslassverteiler 232 des Wärmetauschabschnitts 202 in einen Flüssigeinlassverteiler 235 des Wärmetauschabschnitts 203 gelenkt wird. Der Einlassverteiler 233 und der Einlassverteiler 235 sind innerhalb des zentral positionierten Teils 249 angeordnet.
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Die erste Strömung des Flüssigkühlmittels wird in fluidisch parallele Kühlmittelströmungspfade 246A und 246B aufgeteilt, die auf gegenüberliegenden Seiten des zentral positionierten Teils 249 angeordnet sind, so dass Kühlmittel, das entlang des Strömungspfads 246B strömt, Wärme von dem komprimierten Ladeluftteil 51A aufnimmt, und das Kühlmittel, das entlang des Strömungspfads 246B strömt, Wärme von dem komprimierten Ladeluftteil 51B aufnimmt. Jeder der Kühlmittelströmungspfade 246A, B umfasst eine gerade Anzahl von Strömungsdurchlässen, die quer zu der Richtung der Ladeluft ausgerichtet sind und endet an einem Kühlmittelauslassverteiler 234, der wiederum innerhalb des zentral positionierten Teils 249 angeordnet ist.
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Auf ähnliche Art und Weise wird die zweite Strömung von Flüssigkühlmittel in fluidisch parallele Kühlmittelströmungspfade 247A und 247B aufgeteilt, die auf gegenüberliegenden Seiten des zentral positionierten Teils 249 angeordnet sind, so dass Kühlmittel, das entlang des Strömungspfads 247A strömt, Wärme von dem verdichteten Ladeluftteil 51A aufnimmt und das Kühlmittel, das entlang des Strömungspfads 247B strömt, Wärme von dem verdichteten Ladeluftteil 51B aufnimmt. Jeder der Kühlmittelströmungspfade 247A, B umfasst zudem eine gerade Anzahl von Strömungsdurchlässen, die quer zu der Richtung der Ladeluft ausgerichtet sind und endet an einem Kühlmittelauslassverteiler 236, der wiederum innerhalb des zentral positionierten Teils 249 angeordnet ist.
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In besonders bevorzugten Ausführungsformen sind die mehreren Durchlässe, durch die Kühlmittelströme durch den Wärmetauschabschnitt 103 strömen, so angeordnet, dass darauffolgende Durchlässe sich in Bezug auf die Richtung der Ladeluft stromauf der vorangegangenen Durchlässe befinden (d.h. Gegen-Quer-Strömungsausrichtung zwischen den Fluiden), wie in 9 dargestellt ist. Jedoch können entweder die Kühlmittelströmungsdurchlässe 247A, B oder die Kühlmittelströmungsdurchlässe 246A, B oder beide in manchen Ausführungsformen so angeordnet sein, dass die darauffolgenden Durchlässe sich in Bezug auf die Richtung der Ladeluft stromab der vorangegangenen Durchlässe befinden.
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Verschiedene Alternativen der speziellen Merkmale und Elemente der vorliegenden Erfindung werden unter Bezugnahme auf spezielle Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben. Mit Ausnahme von Merkmalen, Elementen und Betriebsarten, die jede oben beschriebene Ausführungsform gegenseitig ausschließen oder nicht mit ihr übereinstimmen, gilt anzumerken, dass die alternativen Merkmale, Elemente und Betriebsarten, die unter Bezugnahme auf eine bestimmte Ausführungsform beschrieben wurden, auch auf die anderen Ausführungsformen anwendbar sind.
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Die oben beschriebenen und in den Figuren dargestellten Ausführungsformen sind nur beispielhaft dargelegt und sollen keine Beschränkung der Konzepte und Prinzipien der vorliegenden Erfindung darstellen. Als solches wird von einem Fachmann anerkannt werden, dass verschiedene Veränderungen an den Elementen und ihrer Konfiguration und Anordnung möglich sind, ohne dabei vom Geist und Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
