DE10227929A1 - The heat exchanger - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Wärmeübertrageranordnung mit einem ersten Wärmeübertrager, einem zweiten Wärmeübertrager und einem dritten Wärmeübertrager, die parallel zueinander angeordnet und einstückig ausgebildet sind, wobei in Luftströmungsrichtung gesehen zwei der Wärmeübertrager auf gleicher Höhe zueinander angeordnet sind.The invention relates to a heat exchanger assembly comprising a first heat exchanger, a second heat exchanger and a third heat exchanger, which are arranged parallel to each other and integrally formed, wherein seen in the air flow direction, two of the heat exchangers are arranged at the same height to each other.

Description

Die Erfindung betrifft eine Wärmeübertrageranordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.The invention relates to a heat exchanger arrangement according to the generic term of claim 1.

Zur Leistungssteigerung von Motoren werden Turbolader zur Verdichtung der Luft verwendet. Hierbei erfolgt jedoch eine Erwärmung der Luft, im folgenden als Ladeluft bezeichnet, infolge der Kompression im Turbolader auf Temperaturen von über 150°C. Um eine derartige Lufterwärmung zu vermindern, werden Luftkühler verwendet, die vorne im Kühlmodul angeordnet sind und zur Kühlung der Ladeluft dienen. Die Ladeluft strömt dabei durch einen Wärmeübertrager, der von Umgebungsluft durchströmt und damit gekühlt wird. Dadurch ist eine Abkühlung der Ladeluft auf eine Temperatur möglich, die etwa 40–80 K über der Temperatur der Umgebungsluft liegt.To increase the performance of engines Turbochargers are used to compress the air. This takes place but a warming the air, hereinafter referred to as charge air, as a result of compression in the turbocharger to temperatures above 150 ° C. To such an air heating too diminish, become air coolers used in the front of the cooling module are arranged and for cooling serve the charge air. The charge air flows through a heat exchanger, which flows through ambient air and cooled with it becomes. This is a cooling the charge air is possible to a temperature that is about 40-80 K above the Temperature of the ambient air is.

Ferner ist bekannt, dass die Kühlung der Ladeluft über einen Kühlmittelkreislauf erfolgt. Im folgenden wird auf diesen Kreislauf als Niedertemperatur-Kreislauf Bezug genommen. Hierbei strömt die Ladeluft motornah durch einen kühlmittelbeaufschlagten Luftkühler, der Teil des Niedertemperatur- Kreislaufs ist, in dem die Wärme an das Kühlmittel übertragen wird. Das Kühlmittel wird durch einen Luft-/Kühlmittelkühler gepumpt, der im vorderen Kühlmodul des Fahrzeuges angeordnet ist. Dort wird die Wärme an die Umgebungsluft abgegeben, wodurch die kühlmittelgekühlte Ladeluft-Kühlung einen höheren Wirkungsgrad als die luftgekühlte Ladeluft-Kühlung aufweist.Furthermore, it is known that the cooling of Charge air over a coolant circuit he follows. The following is on this cycle as a low-temperature circuit Referenced. Hereby flows the charge air close to the engine through a Kühlmittelbeaufschlagten air cooler, the Part of the low-temperature circuit is where the heat is transferred to the coolant becomes. The coolant is pumped through an air / coolant cooler, the in the front cooling module of the vehicle is arranged. There, the heat is released into the ambient air, whereby the coolant-cooled charge air cooling a higher efficiency as the air-cooled Charge air-cooling having.

Eine entsprechende Wärmeübertrageranordnung mit einem Ladeluftkühler ist aus der DE 197 22 097 A1 bekannt. Hierbei sind ein erster Wärmeübertrager in Form eines Wasser/Luft-Kühlers, ein zweiter Wärmeübertrager in Form eines Ladeluftkühlers sowie ein dritter Wärmeübertrager in Form eines Kondensators parallel zueinander quer zur Fahrzeuglängsrichtung in einem Motorraum eines Kraftfahrzeugs angeordnet, so dass sie in Durchströmungsrichtung des Fahrtwindes bei normaler Fahrtrichtung des Kraftfahrzeuges hintereinander angeordnet sind.A corresponding heat exchanger arrangement with a charge air cooler is from DE 197 22 097 A1 known. Here, a first heat exchanger in the form of a water / air cooler, a second heat exchanger in the form of a charge air cooler and a third heat exchanger in the form of a capacitor are arranged parallel to each other transversely to the vehicle longitudinal direction in an engine compartment of a motor vehicle, so that they in the flow direction of the airstream at normal Direction of travel of the motor vehicle are arranged one behind the other.

Eine derartige Wärmeübertrageranordnung lässt jedoch noch Wünsche offen.However, such a heat exchanger arrangement allows still wishes open.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Wärmeübertrageranordnung der eingangs genannten Art zu verbessern.It is an object of the invention to provide a The heat exchanger to improve the type mentioned.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Wärmeübertrageranordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.This task is solved by a heat exchanger arrangement with the features of claim 1. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.

Erfindungsgemäß ist eine Wärmeübertrageranordnung mit mindestens drei Wärmeübertragern vorgesehen, die im wesentlichen parallel zueinander angeordnet und miteinander fest verbunden sind, wobei in Luftströmungsrichtung gesehen zwei der Wärmeübertrager auf gleicher Höhe zueinander angeordnet sind. Hierbei sollten die jeweiligen Ein- und Auslasstemperaturen der einzelnen Wärmeübertrager in ähnlichen Temperaturbereichen liegen.According to the invention, a heat exchanger arrangement provided with at least three heat exchangers, which are arranged substantially parallel to each other and with each other are firmly connected, as seen in the direction of air flow two the heat exchanger at the same height are arranged to each other. Here, the respective and outlet temperatures of the individual heat exchangers in similar Temperature ranges are.

Durch die einstückige Ausgestaltung werden Bauteile eingespart, da nur ein Teil in den Motorraum eines Kraftfahrzeuges eingesetzt und befestigt werden muss. Die Montage wird erleichtert. Ferner lassen sich durch eine entsprechende Ausgestaltung deutlich geringere Bauraumtiefen realisieren.The one-piece design components saved as only a part in the engine compartment of a motor vehicle must be used and attached. The assembly is facilitated. Furthermore, it can be clear by an appropriate design realize smaller installation depths.

Vorzugsweise ist der erste der beiden sich in Luftströmungsrichtung gesehen auf gleicher Höhe befindlichen Wärmeübertrager über dem zweiten Wärmeübertrager angeordnet. Dabei handelt es sich vorzugsweise beim ersten Wärmeübertrager um einen ein Motor-Kühlmittelkühler, beim zweiten Wärmeübertrager um einen Ladeluft-/Kühlmittelkühler und beim dritten Wärmeübertrager um einen Kondensator.Preferably, the first of the two in airflow direction seen at the same height Heat exchanger above the second heat exchanger arranged. This is preferably the first heat exchanger around an engine coolant radiator, at second heat exchanger to a charge air / coolant radiator and at the third heat exchanger around a capacitor.

Vorzugsweise weisen zwei der Wärmeübertrager, insbesondere der Motor-Kühlmittelkühler und der Ladeluft-/Kühlmittelkühler, einen gemeinsamen Kühlmittelkreislauf auf, jedoch ist auch eine getrennte Ausgestaltung möglich. Im Falle eines gemeinsamen Kühlmittelkreislaufs erfolg insbesondere ein Durchströmen des Motor-Kühlmittelkühlers durch den gesamten Kühlmittelstrom und ein Teilstrom durchströmt anschließend noch den Ladeluft-/Kühlmittelkühler. Die Verteilung des Kühlmittelstroms kann durch die Ausgestaltung der Rohre beeinflusst werden.Preferably, two of the heat exchangers, in particular the engine coolant radiator and the Charge air / coolant radiator, one common coolant circuit on, but also a separate configuration is possible. in the Case of a common coolant circuit success in particular a flow through of the engine coolant radiator by the total coolant flow and a partial flow flows through subsequently still the charge air / coolant cooler. The Distribution of the coolant flow can be influenced by the design of the tubes.

Vorzugsweise ist in mindestens einem der Wärmeübertrager, insbesondere im Ladeluft-/Kühlmittelkühler, eine Umlenkung in der Tiefe vorgesehen.Preferably in at least one the heat exchanger, especially in the charge air / coolant radiator, a Redirection provided in depth.

Vorzugsweise liegen in Luftströmungsrichtung gesehen die beiden auf gleicher Höhe liegenden Wärmeübertrager hinter dem dritten Wärmeübertrager.Preferably lie in the direction of air flow seen the two lying at the same height heat exchanger behind the third heat exchanger.

Im folgenden wird die Erfindung anhand dreier Ausführungsbeispiele mit einer Variante unter Bezugnahme auf die Zeichnung im einzelnen erläutert. In der Zeichnung zeigen:

  • 1 eine perspektivische Ansicht eines Teiles einer Wärmetauscheranordnung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
  • 2 eine Seitenansicht der Wärmetauscheranordnung von 1;
  • 3 einen Kreislauf zur Ladeluftkühlung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
  • 4 eine schematische Ansicht einer Wärmeübertrageranordnung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel;
  • 5 einen Schnitt durch die Wärmeübertrageranordnung gemäß 4;
  • 6 einen Darstellung der Kühlmittelkreisläufe gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel; und
  • 7 eine Darstellung des Strömungsverlaufs gemäß einer Variante.
In the following the invention with reference to three embodiments with a variant with reference to the drawings will be explained in detail. In the drawing show:
  • 1 a perspective view of a part of a heat exchanger assembly according to the first embodiment;
  • 2 a side view of the heat exchanger assembly of 1 ;
  • 3 a cycle for intercooling according to the first embodiment;
  • 4 a schematic view of a heat exchanger assembly according to the second embodiment;
  • 5 a section through the heat exchanger assembly according to 4 ;
  • 6 a representation of the coolant circuits according to the second embodiment; and
  • 7 a representation of the flow path according to a variant.

Die 1 und 2 zeigen eine Wärmeübertrageranordnung 1, die einen ersten Wärmeübertrager in Form eines Motor-Kühlmittelkühlers 2, einen zweiten Wärmeübertrager in Form eines Ladeluft-/Kühlmittelkühler 3 sowie einen dritten Wärmeübertrager in Form eines Kondensators 4 aufweist, welche im wesentlichen parallel zueinander quer zur Fahrzeuglängsrichtung in einem Motorraum eines Kraftfahrzeugs angeordnet sind, so dass sie in Durchströmungsrichtung des Fahrtwindes bei normaler Fahrtrichtung des Kraftfahrzeuges hinter- bzw. nebeneinander angeordnet sind.The 1 and 2 show a heat transfer straighter order 1 comprising a first heat exchanger in the form of an engine coolant radiator 2 , a second heat exchanger in the form of a charge air / coolant radiator 3 and a third heat exchanger in the form of a capacitor 4 which are arranged substantially parallel to each other transversely to the vehicle longitudinal direction in an engine compartment of a motor vehicle, so that they are arranged in the direction of flow of the airstream in the normal direction of travel of the motor vehicle behind or next to each other.

Im Motor-Kühlmittelkühler 2 erfolgt die Abkühlung eines den Motor M kühlenden Kühlmittels, wobei im folgenden auf den entsprechenden Kühlmittelkreislauf als Motor-Kühlmittelkreislauf A Bezug genommen wird.In the engine coolant radiator 2 Cooling of the motor M cooling coolant takes place, reference being made in the following to the corresponding coolant circuit as the engine coolant circuit A.

Im Ladeluft-/Kühlmittelkühler 3 wird ein die Ladeluft kühlendes Kühlmittel gekühlt (indirekte Ladeluftkühlung), wobei auf den entsprechenden Kühlmittelkreislauf als Ladeluft-Kühlmittelkreislauf B Bezug genommen wird.In the intercooler 3 a coolant cooling the charge air is cooled (indirect charge air cooling), wherein reference is made to the corresponding coolant circuit as charge air coolant circuit B.

Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ist der Ladeluft-/Kühlmittelkühler 3 unterhalb vom Wasser/Luft-Kühler 2 angeordnet. Der Kondensator 4 ist in Luftströmungsrichtung gesehen sowohl vor dem Wasser/Luft-Kühler 2 als auch vor dem Ladeluft-/Kühlmittelkühler 3 angeordnet. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die beiden Kühlmittelkreisläufe A und B derart miteinander verbunden, dass, wie in 3 dargestellt, über einen gemeinsamen Zulauf 5 das Kühlmittel in den Motor-Kühlmittelkühler 2 gelangt, ein Teil des Kühlmittels von diesem Motor-Kühlmittelkühler 2 (Auslass 6) aus dem Motor M zugeführt wird und diesen kühlt, und der andere Teil des Kühlmittels vom Motor-Kühlmittelkühler 2 in den Ladeluft-/Kühlmittelkühler 3 (Auslass 7) gelangt, dort weiter abgekühlt wird und anschließend dem Ladeluftkühler L zugeführt wird und die Ladeluft kühlt. Die beiden Teilströme des Kühlmittels werden wieder vereinigt und erneut dem Motor-Kühlmittelkühler 2 zugeführt.According to the first embodiment, the charge air / coolant radiator 3 below the water / air cooler 2 arranged. The capacitor 4 is seen in the air flow direction both in front of the water / air cooler 2 as well as in front of the charge air / coolant cooler 3 arranged. According to the present embodiment, the two coolant circuits A and B are connected to each other such that, as in 3 represented, via a common inlet 5 the coolant in the engine coolant radiator 2 gets a portion of the coolant from this engine coolant radiator 2 (outlet 6 ) is supplied from and cools the engine M, and the other part of the coolant from the engine coolant radiator 2 in the charge air / coolant cooler 3 (outlet 7 ), where it is further cooled and then the charge air cooler L is supplied and the charge air cools. The two partial flows of the coolant are reunited and again the engine coolant radiator 2 fed.

Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die 4 und 5 das zweite Ausführungsbeispiel beschrieben, wobei gleiche oder gleichwirkende Elemente mit um 100 höheren Bezugszeichen versehen sind.The following is with reference to the 4 and 5 described the second embodiment, wherein the same or equivalent elements are provided with 100 higher reference numerals.

4 zeigt eine schematische Darstellung einer Wärmeübertrageranordnung 101, wobei der besseren Übersichtlichkeit wegen auf die Darstellung des Motor-Kühlmittelkühlers 102 und des Kondensators 104 verzichtet ist. Im Inneren des Ladeluft-/Kühlmittelkühlers 103 ist eine Trennwand 110 zur Umlenkung des denselben durchströmenden Kühlmittels in der Tiefe, d.h. in Luftströmungsrichtung gesehen nach vorne, vorgesehen. Hierbei sind aufgeweitete Enden von Sickenrohren 111 ersichtlich. Ferner ist eine Trennwand 112 zum Motor-Kühlmittelkühler 102 vorgesehen. 4 shows a schematic representation of a heat exchanger assembly 101 , For the sake of clarity on the presentation of the engine coolant radiator 102 and the capacitor 104 is omitted. Inside the charge air / coolant cooler 103 is a partition 110 for deflecting the same through-flowing coolant in the depth, ie seen in the direction of air flow forward. Here are expanded ends of bead pipes 111 seen. Furthermore, a partition wall 112 to the engine coolant radiator 102 intended.

Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel sind die beiden Kühlmittelkreisläufe A und B getrennt ausgebildet, wie in 6 dargestellt ist.According to the second embodiment, the two refrigerant circuits A and B are formed separately as in FIG 6 is shown.

7 zeigt eine Variante, gemäß der wie im ersten Ausführungsbeispiel ein gemeinsamer Kühlmittelkreislauf und wie im zweiten Ausführungsbeispiel eine Tiefenumlenkung in dem im unteren Bereich der Wärmeübertrageranordnung Ladeluft-/Kühlmittelkühlers vorgesehenen ist. Der Strömungsverlauf ist durch Pfeile angedeutet, wobei die Längen der Pfeile keine Aussage über die entsprechenden Strömungsgeschwindigkeiten machen sollen. 7 shows a variant according to which, as in the first embodiment, a common coolant circuit and as in the second embodiment, a depth deflection is provided in the lower part of the heat exchanger assembly charge air / coolant radiator. The flow path is indicated by arrows, the lengths of the arrows should make no statement about the corresponding flow velocities.

1, 101, 201, 3011, 101, 201, 301
WärmeübertrageranordnungThe heat exchanger
2, 1022, 102
Motor-KühlmittelkühlerEngine coolant radiator
3, 1033, 103
Ladeluft-/KühlmittelkühlerCharge-air / coolant radiator
4, 1044, 104
Kondensatorcapacitor
55
ZulaufIntake
66
Auslassoutlet
77
Auslassoutlet
110110
Trennwandpartition wall
111 111
SickenrohrSick pipe
112112
Trennwandpartition wall
A A
Motor-KühlmittelkreislaufEngine coolant circuit
B B
Ladeluft-KühlmittelkreislaufCharge air-cooling circuit
LL
LadeluftkühlerIntercooler
MM
Motorengine

Claims (10)

Wärmeübertrageranordnung mit einem ersten Wärmeübertrager, einem zweiten Wärmeübertrager und einem dritten Wärmeübertrager, die parallel zueinander angeordnet und einstückig ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass in Luftströmungsrichtung gesehen zwei der Wärmeübertrager auf gleicher Höhe zueinander angeordnet sind.Heat exchanger assembly comprising a first heat exchanger, a second heat exchanger and a third heat exchanger, which are arranged parallel to each other and integrally formed, characterized in that seen in the air flow direction, two of the heat exchanger are arranged at the same height to each other. Wärmeübertrageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste der beiden sich in Luftströmungsrichtung gesehen auf gleicher Höhe befindlichen Wärmeübertrager über dem zweiten Wärmeübertrager angeordnet ist.The heat exchanger according to claim 1, characterized in that the first of the two in airflow direction seen at the same height located heat exchanger over the second Heat exchanger is arranged. Wärmeübertrageranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Wärmeübertrager ein Motor-Kühlmittelkühler (2; 102) ist.Heat exchanger arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the first heat exchanger, an engine coolant radiator ( 2 ; 102 ). Wärmeübertrageranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Wärmeübertrager ein Ladeluft-/Kühlmittelkühler (3; 103) ist.Heat exchanger arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the second heat exchanger is a charge air / coolant radiator ( 3 ; 103 ). Wärmeübertrageranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Wärmeübertrager ein Kondensator (4; 104) ist.Heat exchanger arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the third heat exchanger is a capacitor ( 4 ; 104 ). Wärmeübertrageranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass zwei der Wärmeübertrager einen gemeinsamen Kühlmittelkreislauf (A und B) aufweisen.Heat exchanger arrangement according to one of preceding claims, characterized in that two of the heat exchanger have a common coolant circuit (A and B). Wärmeübertrageranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass in mindestens einem der Wärmeübertrager eine Umlenkung in der Tiefe vorgesehen ist.The heat exchanger according to one of the preceding claims, characterized that in at least one of the heat exchanger a Redirection is provided in depth. Wärmeübertrageranordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Trennwand (110) in einem Wärmeübertrager vorgesehen ist, die in Längsrichtung quer zur Luftströmungsrichtung verläuft.Heat exchanger arrangement according to claim 7, characterized in that at least one partition wall ( 110 ) is provided in a heat exchanger which extends transversely to the direction of air flow in the longitudinal direction. Wärmeübertrageranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Trennwand (112) zwischen zwei Wärmeübertragern vorgesehen ist, die horizontal angeordnet ist.Heat exchanger arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that at least one partition wall ( 112 ) is provided between two heat exchangers, which is arranged horizontally. Wärmeübertrageranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Luftströmungsrichtung gesehen die beiden auf gleicher Höhe liegenden Wärmeübertrager hinter dem dritten Wärmeübertrager angeordnet sind.The heat exchanger according to one of the preceding claims, characterized that in the air flow direction Seen the two heat exchangers lying at the same height behind the third heat exchanger are arranged.
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