DE10344139A1

DE10344139A1 - Rotationsmaschine

Info

Publication number: DE10344139A1
Application number: DE10344139A
Authority: DE
Inventors: Steven P. Racine Meshenky
Original assignee: Modine Manufacturing Co
Current assignee: Modine Manufacturing Co
Priority date: 2002-09-27
Filing date: 2003-09-24
Publication date: 2004-04-08
Also published as: US6764279B2; MXPA03007682A; CN1493790A; CA2442824A1; FR2845137A1; FR2845137B1; US20040062644A1

Abstract

Ein verbesserter Wirkungsgrad wird in einer Rotationsmaschine mit einer drehbaren Welle (18), auf der ein Kompressorrad (20) montiert ist, das in einen Wärmetauscher (36) mit einem Kern (82) mit einer zentralen Öffnung (42) in umgebendem Verhältnis zur Welle (18) austrägt, erzielt. Der Wärmetauscher (36) beinhaltet einen sich auf einer Seite des Kerns (82) befindlichen und in Fluidverbindung damit stehenden Kühlmitteltank (90), der als eine Abgrenzung des sich radial erstreckenden Raums (68), durch den ein Gas durch ein Kompressorrad (20) ausgetragen wird, dient. Eine Entwirbelungsflügelkonstruktion (80), die bewirkt, daß sich durch das Kompressorrad (22) ausgetragenes Gas innerhalb des Raums (68) radial nach außen bewegt, ist aus einem Material mit guter thermischer Leitfähigkeit gebildet und mit dem Tank (90) thermisch gekoppelt, um an das Kühlmittel im Tank abzuführende Wärme dem Tank zuzuleiten.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Rotationsmaschine, wie eine Rotationskompressormaschine, beispielsweise einen Turbolader oder einen Kompressor für Motoren, mit einem Wärmetauscher, der bspw. als ein Zwischenkühler verwendet wird.

Verbrennungsluftlader, wie beispielsweise Turbolader oder Kompressoren, werden für Motoren, insbesondere für Verbrennungsmotoren, seit vielen Jahren eingesetzt. In einem Turbolader wird mindestens ein Rotationskompressorrad durch das Abgas des Motors angetrieben. Im Falle eines Kompressors wird mindestens ein Rotationskompressorrad mechanisch, üblicherweise durch die abgegebene Rotationsleistung des Motors, angetrieben. In beiden Fällen wird ein Kompressorrad verwendet, um Umgebungsluft vor ihrer Einleitung in den Motor zu verdichten, um so die Verbrennung darin zu unterstützen. Da die Luft komprimiert wird, besitzt ein gegebenes Volumen davon einen höheren Sauerstoffmolgehalt als ein ansonsten gleiches Luftvolumen bei Umgebungsdruck. Als Folge davon ermöglicht der zusätzliche Sauerstoff die Verbrennung einer größeren Kraftstoffmenge, so daß in einer Kraftanlage von gegebener Größe als Ergebnis der Aufladung der Verbrennungsluft eine höhere abgegebene Leistung erzielt werden kann.

Im Laufe der Jahre wurde festgestellt, daß der Wirkungsgrad derartiger Verbrennungsluftlader durch die Verwendung eines sogenannten Zwischenkühlsystems verbessert werden kann. Da die Luft während ihrer Kompression erwärmt wird, geht ein Teil des Wirkungsgrads, der in erster Linie durch Verwendung des Verbrennungsluftladers, d.h. durch Verdichtung der in den Motor zwecks Aufladung eingeleiteten Verbrennungsluft, erzielt wird, verloren, weil ein Volumen heißer komprimierter Luft weniger Sauerstoff als ein gleiches Volumen kühlerer komprimierter Luft enthält, wenn beide den gleichen Druck aufweisen. Eine Aufladung mit kühlerer Verbrennungsluft ermöglicht somit, wenn sie zwecks Verbrennung in einen Motor eingeleitet wird, bei einem gegebenen Druck die Entwicklung einer höheren Leistung innerhalb des Motors als die gleiche Aufladung mit dem gleichen Druck, wenn sie bei einer höheren Temperatur erfolgt.

Folglich werden Zwischenkühler, wie vorstehend erwähnt, verwendet, um die Luft nach ihrem Austritt aus dem Verbrennungsluftlader (oder aus einer Stufe davon) und vor ihrer Zuleitung in den Motor zu kühlen, um bei einem beliebigen gegebenen Druck für einen maximalen Sauerstoffmolgehalt zu sorgen.

In vielen Fällen wird der Zwischenkühler als ein herkömmlicher, rechtwinklig geformter Wärmetauscher verwendet und an der Vorder- oder Rückseite des zum Kühlen von Motorkühlmittel verwendeten üblichen Wärmetauschers oder daneben montiert. Obwohl diese Art einer Anordnung für eine adäquate Kühlung der druckbeaufschlagten Verbrennungsluft ausreicht, kann sie hinsichtlich der Größe und des in einem Motorraum verfügbaren Volumens, wie beispielsweise in einem Fahrzeug, in dem sowohl der Motor als auch die verschiedenen Wärmetauscher, die zum Kühlen verwendet werden, untergebracht sind, gewissen Einschränkungen unterliegen. Sie kann auch umfangreiche Schlauchverbindungen zwischen dem Turbolader, dem Zwischenkühler und dem Motorverbrennungslufteinlaß erforderlich machen, wobei aufgrund der geringen Dichte der Verbrennungsluft und des sich daraus ergebenden großen Volumens davon zwangsläufig Schläuche mit relativ großem Durchmesser benötigt werden.

Es wurde daher vorgeschlagen, den Zwischenkühler innerhalb des Verbrennungsluftladers selbst einzubauen, um ein kompakteres Verbrennungsluftlade- und Zwischenkühlsystem bereitzustellen und soweit wie möglich große, sperrige Schlauchverbindungen zu vermeiden. Das Ziel besteht hier darin, den Zwischenkühlwärmetauscher innerhalb des Verbrennungsluftladers so einzubauen, daß er leicht gewartet werden kann, möglichst wenige Anschlußverbindungen erfordert und die Abmessungen des Verbrennungsluftladers nicht unnötig vergrößert, während gleichzeitig die Kühlung der Verbrennungsluft nach ihrer Kompression maximiert wird.

Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, vorteilhafte Lösungen für diese Probleme bei einem Zwischenkühlwärmetauscher bereitzustellen, der im Inneren einer Rotationskompressormaschine angeordnet werden soll.

KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Die Hauptaufgabe der Erfindung besteht darin, eine neue und verbesserte Rotationskompressormaschine mit Zwischenkühlung zur Verwendung in gekühlter, komprimierter Luft bereitzustellen. Es ist eine spezielle Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Rotationskompressormaschine mit einem internen Zwischenkühler bereitzustellen, der kompakter als solche bekannten Systeme ist, der sich leicht warten läßt und/oder nur minimale Anschlußverbindungen erfordert und den Wirkungsgrad des Luftkühlverfahrens maximiert.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung werden eine oder mehrere der vorstehenden Aufgaben bei einer beispielhaften Ausführungsform mit einer Rotationsmaschine erfüllt, die eine drehbare Welle mit mindestens einem daran befindlichen Kompressorrad und ein Gehäuse beinhaltet, in dem das Kompressorrad untergebracht ist und das einen Einlaß zum Kompressorrad sowie einen Auslaß besitzt. Ein Wärmetauscher befindet sich im Gehäuse und ist zwischen dem Kompressorrad und dem Auslaß angeordnet. Der Wärmetauscher beinhaltet einen Kern mit einer Gasströmungsstrecke mit einem wesentlichen radialen Ausmaß, einen Gaseinlaß, der in Fluidverbindung mit dem Kompressorrad steht, sowie einen Gasauslaß, der in Fluidverbindung mit dem Gehäuseauslaß steht. Eine Kühlmittelströmungsstrecke ist im Wärmetauscher vorgesehen, die in einem Wärmetauschverhältnis zur Gasströmungs strecke steht und ein wesentliches axiales Ausmaß aufweist. Der Wärmetauscher besitzt einen ringröhrenförmigen Kern, der die Strömungsstrecken enthält, wobei der Kern im wesentlichen konzentrisch mit der Welle vorgesehen ist. Der Kern wird von axial beabstandeten, ringröhrenförmigen Tanks flankiert, wobei ein solcher Tank als eine Abgrenzung für vom Kompressorrad ausgetragene komprimierte Luft dient, während sie sich in einer radial nach außen verlaufenden Richtung bewegt. Die Erfindung sieht vor, daß der Tank thermisch leitfähig ist und daß die üblichen Entwirbelungsflügel in diesem Bereich in der Nähe des Auslasses des Kompressorrads thermisch mit diesem Tank gekoppelt sind, so daß die Flügel, zusätzlich zur Bereitstellung der üblichen Entwirbelungsfunktion, weiterhin als Rippen dienen, an die Wärme der komprimierten Luft abgeführt werden kann, um schließlich durch den Tank einem darin befindlichen Kühlmittel zugeleitet zu werden, so daß dadurch der Transfer von Wärme aus dem komprimierten Gas an das Kühlmittel gesteigert wird.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die Flügel Teil einer metallischen Flügelkonstruktion, die metallurgisch mit dem Tank gekoppelt ist.

Bei einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Rotationsmaschine ein Turbolader oder ein Kompressor, und der Wärmetauscher dient als ein Zwischenkühler für Verbrennungsluft.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung umfaßt die Flügelkonstruktion mehrere am Umfang beabstandete Flügel, die mit dem Tank verbunden sind.

Die Erfindung sieht vor, daß der Wärmetauscher einen radial äußeren Umfang, der im Innern des Gehäuses beabstandet angeordnet ist, aufweist und daß der Kern einen Gaseinlaß am radial äußeren Umfang besitzt, um das ausgetragene Gas aufzunehmen, nachdem es die Flügelkonstruktion passiert hat.

Andere Aufgaben und Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen.

BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine etwas schematische Schnittansicht einer erfindungsgemäß hergestellten Rotationsmaschine, speziell eines Turboladers;
2 ist eine auseinandergezogene Ansicht eines Segments des Wärmetauschers in der erfindungsgemäßen Rotationsmaschine;
3 ist eine auseinandergezogene Ansicht ähnlich wie 2, die eine zusätzliche Ausführungsform der Erfindung zeigt; und
4 ist eine auseinandergezogene Ansicht ähnlich wie die 2 und 3, die eine noch weitere Ausführungsform der Erfindung zeigt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Bei den beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung, die hierin beschrieben werden, handelt es sich speziell um Verbrennungsluftlader, wie beispielsweise um einen Turbolader in der Form eines zweistufigen Turboladers. Es versteht sich jedoch, daß diese Beschreibung lediglich beispielhaften Charakter hat und im Hinblick auf Verbrennungsluftlader oder Turbolader oder auf die Anzahl der Stufen keinerlei Einschränkungen unterliegt, es sei denn, daß sich solche Einschränkungen aus den beiliegenden Ansprüchen ergeben. Die Erfindung kann beispielsweise wirksam in einer beliebig ausgeführten Rotationsmaschine, die ein Rotationskompressorrad aufweist, verwendet werden, in der die durch das Kompressorrad ausgetragene komprimierte Luft gekühlt werden soll, bevor sie anderweitig zum Einsatz kommt. Die Erfindung kann wirksam in einstufigen Turboladern und mehrstufigen Turboladern sowie ebenfalls in einstufigen oder mehrstufigen Kompressoren verwendet werden.
Abgesehen von der Verwendung von Entwirbelungsflügeln in Verbindung mit einem Kompressorrad, die mit einem Tank für einen Wärmetauscher thermisch gekoppelt sind, gibt es keinerlei Beschränkung auf eine spezielle Wärmetauscherausführung. Um jedoch Einzelheiten einer Wärmetauscherkonstruktion zur beabsichtigten Verwendung in einer Rotationsmaschine, die als ein Turbolader oder ein Kompressor eingesetzt wird, zu erfahren, kann Bezug auf die gleichzeitig anhängige eigene Anmeldung von Meshenky et al. mit dem Titel "Internally Mounted Radial Flow Intercooler for a Combustion Air Charger" ["Innenmontierter Radialzwischenkühler für einen Verbrennungsluftlader"], eingereicht am 20. September 2002, mit der lfd. Nummer 10/251,537 (Anwaltsregisternummer 655.01037), genommen werden, wobei die vorgenannte Anmeldung in ihrer Gesamtheit hierin durch Bezugnahme aufgenommen wird. Unter Berücksichtigung dieser Tatsache wird auf 1 verwiesen, in der die Rotationsmaschine der Erfindung als ein zweistufiger Turbolader dargestellt ist, um eine beispielhafte Ausführungsform der Erfindung zu verdeutlichen.
Die dargestellte Ausführungsform der Erfindung beinhaltet, wie erkennbar, ein allgemein mit 10 bezeichnetes Gehäuse, das aus mindestens zwei voneinander trennbaren Abschnitten 12 bzw. 14 gebildet ist. Innerhalb des Gehäuses 10 ist eine drehbare Welle 18 in (nicht dargestellten) geeigneten Lagern gelagert. Bei der dargestellten Ausführungsform sind auf der drehbaren Welle ein erstes Kompressorrad 20, ein zweites Kompressorrad 22 und ein Turbinenrad 24 montiert, das sich wiederum innerhalb eines (nicht dargestellten) Gehäuses befindet. Wie durch einen Pfeil 26 angezeigt, wird das Turbinenrad 24 durch das Abgas aus einem Verbrennungsmotor angetrieben, um die Welle 18 anzutreiben. Verbrauchtes Abgas wird, wie durch den Pfeil 28 angezeigt, aus dem Turbinenrad 24 ausgetragen.
Das Gehäuse 12 beinhaltet einen Umgebungslufteinlaß 30, während das Gehäuse 14 einen Auslaß für kom primierte Luft beinhaltet, wie schematisch durch einen Pfeil 32 angezeigt. Der Einlaß 30 erfolgt zur Einluaßseite des Kompressorrads 20 hin, während der Auslaß 32 von einer Spirale aus, wie schematisch bei 34 dargestellt, auf der Auslaßseite des Kompressorrads 22 erfolgt.
Ein erfindungsgemäß hergestellter Wärmetauscher, allgemein mit 36 bezeichnet, befindet sich innerhalb der Gehäuse 12, 14, wobei die beiden, wie schematisch angezeigt, durch entfernbare Befestigungselemente 38 miteinander verbunden sind. Der Wärmetauscher 36 ist ringröhren- oder ringförmig ausgeführt und beinhaltet eine radial äußere zylindrische Oberfläche 40, die einen Lufteinlaß definiert, so daß Luft durch den Wärmetauscher 36 strömen kann. Eine radial innere zylindrische Oberfläche 42 bildet einen Luftauslaß für den Wärmetauscher 36.
Die Seiten des Wärmetauschers sind mit einem ersten Einlaß/Auslaß-Sammler und Tank (allgemein mit 44 bezeichnet) an der Seite des Wärmetauschers 36 innerhalb des Gehäuses 14 sowie mit einem Umleitungssammler und Tank (allgemein mit 46 bezeichnet) an der Seite des Wärmetauschers 36 innerhalb des Gehäuses 12 ausgestattet. Ein Kühlmittelverteiler 48 ist innerhalb des Gehäuses 14 zu einer Seite der Spirale 34 hin und radial innerhalb des radial äußeren Teils der Spirale 34 vorgesehen. Der Verteiler 48 ist durch einen internen Steg oder ein internes Prallblech 50 in einen radial inneren Verteilerabschnitt 52 und einen radial äußeren Verteilerabschnitt 54 unterteilt. Das System ist mit einem schematisch durch einen Pfeil 58 dargestellten Kühlmitteleinlaß, der sich zum radial inneren Verteilerabschnitt 52 erstreckt, und mit einem schematisch durch einen Pfeil 56 dargestellten Kühlmittelauslaß, der sich zum radial äußeren Verteilerabschnitt 54 erstreckt, ausgestattet. Durch eine nachstehend ausführlicher zu beschreibende Konstruktion tritt ein Kühlmittel, wie beispielsweise ein Kühlmittel für den Verbrennungsmo tor, durch den Eintritt 58 in den Turbolader ein und wird zum radial inneren Verteilerabschnitt geleitet und strömt von dort aus an einem radial inneren Teil davon in den Einlaß/Auslaß-Sammler und Tank 44, um axial durch den Wärmetauscher 36 zum Rückführungssammler und Tank 46 zu strömen, in dem seine Richtung umgekehrt wird, so daß es durch den radial äußeren Teil des Wärmetauschers 36 zurück zum Einlaß/Auslaß-Sammler und Tank 44 strömt. Aus dem Sammler und Tank 44 wird das Kühlmittel in den radial äußeren Verteilerabschnitt 54 hinein zum Kühlmittelauslaß 56 ausgetragen. Diese Kühlmittelströmung wird durch eine Reihe von Pfeilen 60, 62 und 64 angezeigt. Durch ein Prallblech 65 im Einlaß/Auslaß-Sammler und Tank 44 wird eine Trennung zwischen der eingehenden und der ausgehenden Kühlmittelströmung aufrechterhalten.
Die Luftströmung durch den Turbolader geschieht wie folgt: Umgebungsluft tritt in den Einlaß 30 ein und strömt zur Einlaßseite des Kompressorrads 20. Wenn das Kompressorrad 20 durch das Turbinenrad 24 angetrieben wird, wird die Luft komprimiert und mit einem höheren Druck am radial äußeren Umfang des Kompressorrads 20 ausgetragen, wie durch Pfeile 66 angezeigt. Die komprimierte Luft strömt weiterhin radial nach außen durch einen ringförmigen Raum 68 zwischen dem Gehäuse 12 und dem Wärmetauscher 36, der teilweise durch den Rückführungssammler und Tank 46, ein sich vom Rückführungssammler und Tank 46 aus radial nach innen erstreckendes radiales Prallblech 70 und ein axiales Prallblech 72 definiert ist, das sich vom Prallblech 70 an seinem radial innersten Teil aus erstreckt und an einen Teil des Gehäuses 12 (nicht dargestellt) angrenzend an das Turbinenrad 20 montiert ist.
Die radial äußere Seite oder der radial äußere Umfang 40 des Wärmetauschers 36 ist von den Gehäusen 12 und 14 aus radial nach innen beabstandet, so daß die durch das Turbinenrad 20 komprimierte Luft, wie durch die Pfeile 74 angezeigt, umgeleitet werden kann, um in den Wärmetauscher 36 am radial äußeren Umfang 40 davon einzutreten. Die Luft strömt dann durch den Wärmetauscher 36 in einer radial nach innen verlaufenden Richtung und wird durch das Kühlmittel gekühlt, das, wie vorstehend erwähnt, axial durch den Wärmetauscher 36 strömt. Die gekühlte komprimierte Luft wird dann aus dem Wärmetauscher 36, wie durch die Pfeile 76 angezeigt, zur Einlaßseite des Kompressorrads 22 ausgetragen, wo sie weiter komprimiert und anschließend in die Spirale 34 ausgetragen wird, wie durch die Pfeile 78 angezeigt. Diese komprimierte Luft wird dann als komprimierte Verbrennungsluft zum Verbrennungsmotor ausgetragen, um die Verbrennung darin zu unterstützen. Zusätzliche Kühlstufen können, falls erwünscht, zwischen dem Kompressorrad 22 und dem Motor eingebaut werden.
Alternativ kann, wie vorstehend erwähnt, in einem einstufigen Turbolader auf das Kompressorrad 22 verzichtet werden, und in diesem Fall kann die aus der radial inneren Seite des Umfangs 42 des Wärmetauschers 36 ausgetragene Luft direkt in die Spirale 34 ausgetragen werden.
Es versteht sich, daß viele der Anschlüsse sowohl für Luft als auch für Kühlmittel innerhalb des Turboladers selbst enthalten sind, so daß sich eine kompakte Einheit ergibt und Rohrleitungsverluste auf ein Minimum reduziert werden. Externe Schläuche mit großem Durchmesser, die den Kompressor mit einem externen Wärmetauscher verbinden, werden beispielsweise vollständig vermieden.
Es ist bekannt, daß sich Entwirbelungsflügel häufig in einer ringförmigen Anordnung innerhalb des Raums 68 befinden, wo sich das durch das Kompressorrad 20 ausgetragene Gas allgemein radial nach außen bewegt. Aufgrund der Drehbewegung des Kompressorrads 20 wird das komprimierte Gas auch in eine Wirbelbewegung versetzt, und in vielen Anwendungen ist es erwünscht, daß die Wirbelbewegung minimiert oder ausgeschlossen wird, und für diesen Zweck werden Entwirbelungsflügel 80 vor gesehen. Wie aus den 2 und 3 und insbesondere aus 2 ersichtlich, beinhaltet der Wärmetauscher 36 einen Kern 82, der aus mehreren Rippen 84 besteht, durch die sich mehrere Rohre 86 erstrecken, die von (nicht dargestellten) Rohrschlitzen in beabstandeten Sammlerplatten 88, von denen nur eine dargestellt ist, aufgenommen werden.
Eine Sammlerplatte 88 bildet einen Teil der Umleitungssammler- und Tankeinheit 46 und ist mit einem metallischen Tank 90 ausgestattet, der an einem Umfang der Sammlerplatte 88 in dichter Ausführung damit verbunden ist, um eine Kühlmittelaufnahmekammer zu bilden. Ein Tank 92, der einen Teil des Einlaß/Auslaß-Sammlers und Tanks 44 bildet, grenzt in dichter Ausführung an die andere Sammlerplatte 88 auf der Seite des Kerns 82, die der dargestellten Seite gegenüberliegt, an. Das Prallblech 65 befindet sich an der zum Einlaß/Auslaß-Sammler und Tank 44 gehörenden Sammlerplatte 88 und grenzt daran an, um zwei Öffnungen 96 und 98 zu gegenüberliegenden Seiten des Verteilers 48 zu trennen.
Die Entwirbelungsflügelkonstruktion 80 beinhaltet mehrere sich allgemein radial erstreckende Flügel 102, die mit engem Abstand zueinander angeordnet sind, und ist thermisch mit dem Tank 90 gekoppelt, typischerweise dadurch, daß die Flügeleinheit 80 damit verlötet ist. Die Konfiguration der Flügel 102 kann eine beliebige gewünschte Form aufweisen, um die erwünschten Strömungsmerkmale und die erwünschte Strömungsstrecke am radial äußeren Ende 104 der Flügel 102 bereitzustellen.
In 2 ist der Wärmetauscher 36 nur als ein einzelnes Segment dargestellt, es gibt aber zwei zusätzliche derartige Segmente, die den zylindrischen Wärmetauscher bilden. Dieser kann jedoch, falls erwünscht, in einem Stück hergestellt werden, wie beispielsweise in der vorstehend identifizierten Anwendung von Meshenky et al. gezeigt.
3 ist eine Ansicht ähnlich wie 2, und aus Gründen der Vereinfachung werden gemeinsame Bautei le nicht erneut beschrieben und die Rohre nicht dargestellt.
Aus 3 ist eine andere Konstruktion der Flügeleinheit 80 ersichtlich. Die Flügeleinheit 80 kann die Form eines gefalteten Fächers 112 aufweisen, der durch Pressen oder dergleichen gebildet und gleichermaßen durch Verlöten oder dergleichen thermisch mit dem Tank 90 gekoppelt ist.
Der Fächer 112 definiert somit mehrere miteinander verbundene Flügel 113.
In einigen Fällen besteht die Flügelkonstruktion 80 aus separaten Flügeln 116 mit erwünschten aerodynamischen Formen, um für das gewünschte Strömungsmuster zu sorgen. Diese sind im unteren Teil der 4 dargestellt, wobei die einzelnen Flügel 116 beabstandet zueinander angeordnet und wiederum mit dem Tank 90 thermisch gekoppelt sind.
Wie speziell aus 4 ersichtlich, sind die Flügel 116 auf einer Platte 118 montiert oder integral damit ausgeführt, die wiederum, beispielsweise durch Verlöten, thermisch mit dem Tank gekoppelt ist. Es wäre jedoch auch möglich, die Flügel 116 direkt mit dem Tank 90 zu verlöten oder die Flügel sogar aus der Wand 120 des Tanks 90 gegenüber der (in 4 nicht dargestellten) Sammlerplatte 88 herauszufräsen.
In allen Fällen ist die Flügeleinheit 80 vorzugsweise aus Metall gebildet, um für eine gute thermische Leitfähigkeit zu sorgen und sicherzustellen, daß sie mit dem Tank 90 so verbunden werden kann, daß, wenn der Wärmetauscher in der Rotationsmaschine eingebaut ist, die Flügel den Raum 68 ausfüllen, um für die gewünschte Entwirbelungswirkung zu sorgen.
Bei mehrstufigen Maschinen können schließlich Kompressorflügel für eine sich an die erste Stufe anschließende Stufe, falls erwünscht, einfach durch Umgestaltung des Verteilers 48 am Einlaß/Auslaß-Sammler und Tank 44 montiert werden.
Für Fachleute auf diesem Gebiet wird aus der vorstehenden Beschreibung deutlich, daß der Wärmetausch im Rahmen der Erfindung dadurch verstärkt wird, daß sich während des Betriebs der Maschine Kühlmittel innerhalb des Tanks 90 befindet, während sich die Flügeleinheit 80 innerhalb des Raums 68 (1) befindet, so daß die Gasströmung dadurch radial nach außen erfolgt und dadurch entwirbelt wird. Zusätzlich wird wegen der guten thermischen Leitfähigkeit des Metalltanks 90 sowie der thermischen Leitfähigkeit der Flügeleinheit 80 Wärme aus dem vom Kompressorrad 20 (1) ausgetragenen komprimierten Gas zur Flügeleinheit 80 abgeführt, um zum Tank 90 und somit zu dem darin enthaltenen Kühlmittel geleitet zu werden. Die Flügeleinheit erfüllt somit die Funktion von Rippen, um die Oberfläche auf der Gasseite des Wärmetauschers 36 zu vergrößern, um so die innerhalb des Kerns 82 stattfindende Kühlung zu ergänzen. Als Folge davon wird das komprimierte Gas auf eine niedrigere Temperatur, als es ansonsten der Fall wäre, gekühlt und weist eine höhere Dichte auf, wenn es aus dem Wärmetauscher 36 am radial inneren Umfang 42 davon austritt. Im Falle eines Verbrennungsluftladers bedeutet dies, daß ein gegebenes Volumen Verbrennungsluft mehr Sauerstoff enthält und dadurch mehr Sauerstoff bereitstellt, um die Verbrennung innerhalb eines Motors, mit dem die Maschine zusammenwirkt, zu unterstützen. Dies sorgt für eine verbesserte Leistungsabgabe eines solchen Motors. Bei anderen Rotationsmaschinen kann die erhöhte Verdichtung des Gases Druckverluste innerhalb des Wärmetauschers 36 reduzieren, um den gesamten Zykluswirkungsgrad zu verbessern.
Indem die Flügeleinheit 80 als einfaches Hilfsmittel sowohl für Entwirbelungs- als auch für thermische Kühlzwecke verwendet wird, wird ein verbesserter Wirkungsgrad erreicht.

Claims

Rotationsmaschine, die eine drehbare Welle (18), auf der ein Kompressorrad (20) montiert ist, ein das Kompressorrad (20) enthaltendes Gehäuse (10, 12, 14), einen Gaseinlaß (30) im Gehäuse, der in Verbindung mit einem Ende des Kompressorrads (20) steht, einen ringförmigen, sich radial erstreckenden Raum (68) innerhalb des Gehäuses an einem gegenüberliegenden Ende des Kompressorrads, einen ringröhrenförmigen Wärmetauscher (36) innerhalb des Gehäuses (10, 12 14) mit einem Kern (82) mit einer zentralen Öffnung (42) in umgebendem Verhältnis zur Welle (18), und einen mit dem Kern (82) in Fluidverbindung stehenden Kühlmitteltank (90), dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlmitteltank (90) als eine Abgrenzung des sich radial erstreckenden Raums (68) dient, sowie eine Entwirbelungsflügelkonstruktion (80) innerhalb des sich radial erstreckenden Raums beinhaltet, um zu bewirken, daß sich vom Kompressorrad (20) ausgetragenes Gas innerhalb des Raums radial nach außen bewegt, wobei die Flügelkonstruktion (80) aus einem Material mit guter thermischer Leitfähigkeit gebildet und mit dem Tank (90) thermisch gekoppelt ist, um ihm Wärme zuzuleiten, die an das Kühlmittel im Tank (90) des Wärmetauschers (36) ableitbar ist, so daß die Flügelkonstruktion (80) dazu dient, (a) eine Entwirbelungsfunktion am ausgetragenen Gas zu erfüllen und (b) eine thermisch leitfähige Strecke für eine Wärmeabfuhr vom ausgetragenen Gas zum Kühlmittel innerhalb des Tanks (90) bereitzustellen.
Rotationsmaschine nach Anspruch 1, bei der der Tank (90) und die Flügelkonstruktion (80) aus Metall bestehen und miteinander metallurgisch verbunden sind.
Rotationsmaschine nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Rotationsmaschine ein Turbolader oder ein Kompressor ist und der Wärmetauscher (36) als ein Zwischenkühler für Verbrennungsluft dient.
Rotationsmaschine nach Anspruch 1, bei der die Flügelkonstruktion (80) mehrere am Umfang beabstandete Flügel umfaßt, die mit dem Tank (90) verbunden sind.
Rotationsmaschine nach Anspruch 1, bei der der Wärmetauscher (36) einen radial äußeren Umfang, der innen im Gehäuse (10) beabstandet angeordnet ist, und der Kern (82) einen Gaseinlaß am radial äußeren Umfang besitzt, um das ausgetragene Gas, nachdem es durch die Flügelkonstruktion (80) geströmt ist, aufzunehmen.
Rotationsmaschine, nach einem der Ansprüche 1–5, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlmittel in radialer Richtung und das Gas in axialer Richtung durch den Kern (82) des Wärmetauschers (36) strömt.
Rotationsmaschine nach Anspruch 4, bei der die mehreren Flügel einen Teil einer mit dem Tank (90) metallurgisch verbundenen Flügeleinheit (80) bilden.
Rotationsmaschine nach Anspruch 1, bei der die mehreren Flügel einzelne Flügel (116) sind, die jeweils mit dem Tank (90) metallurgisch verbunden sind.