DE112004001703T5

DE112004001703T5 - Wärmetauscher mit geformten Scheiben

Info

Publication number: DE112004001703T5
Application number: DE112004001703T
Authority: DE
Inventors: Stevan P. Racine Meshenky; Robert J. Waterford Barfknecht; Kenneth M. Oak Creek Cornell; James J. Milwaukee Hennes; LeRoy Racine Goines; Peter C. Racine Kottal
Original assignee: Modine Manufacturing Co
Current assignee: Modine Manufacturing Co
Priority date: 2003-09-16
Filing date: 2004-08-24
Publication date: 2006-08-24
Also published as: GB0603289D0; WO2005035990A1; JP2007506026A; US6948909B2; GB2422005A; US20050058535A1

Abstract

Rotationsverdichter, der Folgendes umfasst:
eine um eine Achse (12) drehbare Welle (10);
mindestens ein Verdichterrad (14, 16), das auf der Welle (10) zur Drehung damit angebracht ist und ein Einlassende (18) mit relativ kleinem Durchmesser und ein radiales Abführende (20) mit relativ großem Durchmesser aufweist;
einen nominell ringförmigen Zwischenkühler-Wärmetauscher (42), der um die Welle (10) herum zentriert ist und sich neben dem Turbinenrad befindet, wobei der Wärmetauscher (42) Wärmeaustauschfluidströmungswege in Wärmeaustauschbeziehung zueinander mit einem Druckgasströmungsweg und einem Kühlmittelströmungsweg aufweist, wobei der Kühlmittelströmungsweg durch eine Wand mit einem Durchmesser, der mindestens so groß ist wie der relativ große Durchmesser, teilweise begrenzt wird;
ein Gehäuse (28) für das Verdichterrad und den Wärmetauscher (42), das zusammen mit der Wand einen Druckgasleitraum definiert, der sich von dem radialen Abführende zu einem Eingang zum Druckgasströmungsweg erstreckt; und
mehrere Strömungsgleichrichtungsschaufeln (58, 60), die an die Wand thermisch gekoppelt sind und sich...

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft Wärmetauscher und insbesondere einen Wärmetauscher, der aus als Einheiten gestapelten geformten Scheiben zur Definition von Wärmeaustauschfluidströmungswegen für ein erstes Fluid und Sandwich-Rippen, durch die ein zweites Wärmeaustauschfluid strömt, hergestellt ist.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Wie wohlbekannt ist, steigt die Temperatur eines Gases, wenn es komprimiert wird. Infolgedessen ist das komprimierte Gas nicht so dicht, wie es bei gleichem Druck, aber einer niedrigeren Temperatur sein würde.
In vielen Fällen ist dies nicht besonders wichtig. Jedoch gibt es wahrscheinlich genauso viele Fälle, in denen die geringere Dichte des Gases eine unerwünschte Auswirkung auf die Leistung des Systems hat, in dem das Gas verwendet wird.
Ein bekanntes Beispiel dafür ist in Verbrennungsmotorsystemen zu finden, die Auflader oder Turbolader einsetzen, um das Oxidationsmittel für den Kraftstoff, in der Regel Luft, zu komprimieren. Wenn ein komprimiertes Oxidationsmittel, wie zum Beispiel Luft, in die Brennkammer eines Motors geliefert wird, kann die Motorleistung erhöht werden, weil die komprimierte Luft eine größere Sauerstoffmenge enthält und somit einer größeren Kraftstoffladung Rechnung trägt, was wiederum für mehr Leistung sorgt.
Die Höhe der Leistung kann jedoch weiter vergrößert werden, wenn die komprimierte Luft nach dem Komprimieren, und bevor sie der Verbrennung ausgesetzt wird, gekühlt wird. Die gekühlte komprimierte Luft enthält mehr Sauerstoff als eine heißere Luftladung bei gleichem Druck. Folglich kann eine sogar noch größere Kraftstoffladung bereitgestellt werden, was dazu führt, dass eine noch größere Ausgangsleistung erhalten werden kann.
Infolgedessen weisen viele solche Systeme so genannte „Zwischenkühler" auf, die auch als „Ladeluftkühler" bekannt sind. Diese Vorrichtungen sind Wärmetauscher, durch die die Verbrennungsluft strömt, nachdem sie zum Beispiel durch einen Turbolader oder einen Auflader komprimiert worden ist und bevor die Verbrennungsluft zum Motor geleitet wird. Im Wärmetauscher wird bewirkt, dass die komprimierte Luft Wärme an ein geeignetes Kühlmittel abgibt, das selbst Luft, wie zum Beispiel Umgebungsluft, oder ein flüssiges Kühlmittel, wie zum Beispiel Motorkühlmittel, sein kann.
In typischen Anlagen, wie zum Beispiel in Fahrzeugen, ist der Zwischenkühler-Wärmetauscher mit anderen Wärmetauschern gestapelt, die im Fahrzeug zum Beispiel als Luftkühler, Kondensatoren, Ölkühler usw. eingesetzt werden, und trägt somit zu den Volumenanforderungen des Motorraums, in dem solche Komponenten in der Regel untergebracht sind, bei. Weil Zwischenkühler-Wärmetauscher ein Gas statt eine Flüssigkeit kühlen, könnten des Weiteren ziemlich große Rohrleitungen erforderlich sein, um die komprimierte Luft von der Stelle im Motorraum, an der der Zwischenkühler-Wärmetauscher angeordnet ist, vom Turbolader oder Auflader zum Motor zu liefern.
Diese Volumenanforderungen können die Konstrukteure eines solchen Systems daran hindern, eine aerodynamischere Form für das Fahrzeug zu erreichen, was wiederum zu einer verringerten Kraftstoffausbeute führt.
Die vorliegende Erfindung betrifft die Überwindung eines oder mehrerer der obigen Probleme.
KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Eine Hauptaufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung eines neuen und verbesserten Wärmetauschers zum Kühlen der Druckgasausgabe eines Verdichters. Des Weiteren besteht eine Aufgabe der Erfindung in der Bereitstellung solch eines Wärmetauschers, der sich ideal zur Verwendung als ein Zwischenkühler-Wärmetauscher in Verbindung mit einem Turbolader oder Auflader für einen Verbrennungsmotor eignet. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung solch eines Zwischenkühler-Wärmetauschers zur Verwendung im Antriebssystem eines Fahrzeugs.
Eine beispielhafte Ausführungsform der Erfindung erreicht die vorhergehenden Aufgaben in einem System mit einem Rotationsverdichter, der eine um eine Achse drehbare Welle enthält. Mindestens ein Verdichterrad ist auf der Welle zur Drehung damit angebracht und weist ein Einlassende mit relativ kleinem Durchmesser und ein radiales Abführende mit relativ großem Durchmesser auf. Ein nominell ringförmiger Zwischenkühler-Wärmetauscher ist um die Welle herum zentriert und befindet sich neben dem Turbinenrad. Der Wärmetauscher weist Wärmeaustauschfluidströmungswege in Wärmeaustauschbeziehung zueinander mit einem Druckgasströmungsweg und einem Kühlmittelströmungsweg auf. Der Kühlmittelströmungsweg wird durch eine Wand mit einem Durchmesser, der mindestens so groß ist wie der relativ große Durchmesser, teilweise begrenzt. Ein Gehäuse ist für das Verdichterrad und den Wärmetauscher vorgesehen und definiert zusammen mit der Wand einen Druckluftleitraum, der sich von dem radialen Abführende des Verdichterrads zu einem Eingang zum Druckluftweg des Wärmetauschers erstreckt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform enthält der Wärmetauscher mehrere Plattenpaare, wobei die Platten jedes Paars in der Mitte mit einer Öffnung versehen sind und eine allgemein kreisförmige äußere, axial ausgerichtete Umfangswand und eine allgemein kreisförmige innere, axial ausgerichtete Umfangswand aufweisen, wobei sich ein allgemein flacher Bereich zwischen den Umfangswänden erstreckt. Radial ausgerichtete Flansche befinden sich an jeder Umfangswand und sind axial von dem flachen Bereich der entsprechenden Platte beabstandet, und die Flansche an den Platten jedes Paars werden aneinander in Anlage gebracht und abgedichtet, um abgeflachte nominell ringförmige Einheiten zu definieren, die ringförmige Strömungsteile des Kühlmittelströmungswegs definieren. Die Plattenpaare sind abwechselnd mit Rippenstrukturen gestapelt, die sich zwischen der radial inneren und der radial äußeren Umfangswand erstrecken, um radiale Strömungsteile der Druckgasströmungswege zu definieren.
Bei einer Ausführungsform befindet sich eine der Einheiten an jedem axialen Ende des Wärmetauschers, wobei der flache Bereich einer der Platten einer Endeinheit die Wand definiert.
Bei einer stark bevorzugten Ausführungsform kommt in Betracht, dass jede Rippenstruktur eine serpentinenförmige Kreisrippe mit sich um den Umfang abwechselnden Scheiteln und Tälern ist, wobei die Scheitel davon in thermischem Wärmeaustauschkontakt mit den Einheiten, zwischen denen jede Rippe angeordnet ist, stehen.
Bei einer stark bevorzugten Ausführungsform kommt in Betracht, dass jede der Einheiten einen radial nach außen gerichteten Ansatz enthält, wobei der Ansatz jeder Einheit im ganzen Stapel auf den Ansatz jeder anderen Einheit ausgerichtet ist. Der Ansatz jeder Einheit erstreckt sich weiterhin radial nach außen an den serpentinenförmigen Rippen vorbei und axial in Dichtungseingriff miteinander. Zwei Öffnungen befinden sich an jedem Ansatz und stellen eine Strömungsverbindung zwischen den Einheiten im Stapel her, und eine Strömungssperrtrennwand erstreckt sich über die flachen Bereiche jeder Platte jeder Einheit zwischen den radial inneren Umfangswänden und den radial äußeren Wänden der Ansätze und an einer Stelle zwischen den beiden Öffnungen jeder Einheit.
Bei einer stark bevorzugten Ausführungsform sind mehrere Strömungsgleichrichtungsschaufeln an die Wand thermisch gekoppelt und erstrecken sich über den Druckluftleitraum, so dass Wärme in der Druckluft an die Schaufel und dann an das Kühlmittel in den Kühlmittelströmungswegen abgegeben werden kann.
Es werden die verschiedensten Ausführungsformen offenbart, wobei jede für eine bestimmte Konfiguration oder einen bestimmten Kühlmittelströmungsweg einzigartig ist.
Bei einer solchen Ausführungsform befinden sich die Kühlmitteleinlässe und -auslässe in einer ansatzförmigen Struktur, die von einer Seite der Einheiten abragt und die Befestigung von thermisch überbrückten Strömungsgleichrichtungsschaufeln an beiden Seiten des Wärmetauschers gestattet.
Bei einer anderen Ausführungsform stellt die Konfiguration einen Kühlmittelströmungszug mit geteilter Strömung bereit, wobei sich der Einlass und die Auslässe auf gegenüberliegenden Seiten des Wärmetauschers befinden und in sich davon nach außen erstreckenden ansatzförmigen Strukturen angeordnet sind. Diese Ausführungsform gestattet wieder die Befestigung von thermisch überbrückten Strömungsgleichrichtungsschaufeln an beiden Seiten des Wärmetauschers. Bei noch einer anderen Ausführungsform befinden sich die Einlässe und Auslässe in einer ansatzförmigen Struktur, die sich von einer Seite des Wärmetauschers erstreckt, wobei Vorkehrungen für zwei Kühlmittelströmungszüge getroffen sind. Die thermisch überbrückten Strömungsgleichrichtungsschaufeln können wieder an beiden Seiten des Kühlers befestigt werden.
Bei noch einer anderen Ausführungsform kommt eine ansatzförmige Struktur mit verringerter Höhe in Betracht, mit der Kühlmitteleinlass- und -auslassanschlüsse verbunden sind, um die Luftströmung durch den Kern weniger zu behindern, und es können wieder thermisch überbrückte Strömungsgleichrichtungsschaufeln an beiden Seiten des Wärmetauschers befestigt werden.
Bei einer weiteren Ausführungsform kommt in Betracht, dass sich der Einlass und der Auslass vom Innern des radial äußeren Umfangs des ringförmigen Wärmetauschers erstrecken, um jegliche Behinderung der Luftströmung durch die Einlass- und Auslassstrukturen zu beseitigen. Bei dieser Ausführungsform können thermisch überbrückte Strömungsgleichrichtungsschaufeln an beiden Seiten des Wärmetauschers befestigt werden.
Des Weiteren gestattet eine weitere Ausführungsform eine völlig unbehinderte Luftströmung durch den Wärmetauscher, indem der Einlass und der Auslass radial einwärts des radial äußeren Umfangs des Wärmetauschers angeordnet werden, und stellt einen Kühlmittelströmungsweg bereit, der zwei Züge enthält. Wie die unmittelbar vorhergehende Ausführungsform gestattet diese Ausführungsform die Befestigung von Strömungsgleichrichtungsschaufeln an beiden Seiten des Kerns.
Weitere Aufgaben und Vorteile gehen aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen hervor.
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine etwas schematische Schnittansicht eines die Erfindung verkörpernden Rotationsverdichters, insbesondere eines Turboladers;
2 ist eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines gemäß der Erfindung hergestellten Wärmetauschers;
3 ist eine ähnliche Ansicht wie 2, aber einer modifizierten Ausführungsform der Erfindung;
4 ist eine etwas schematische Schnittansicht eines Teils einer einzigen Wärmeaustauscheinheit;
5 ist eine etwas schematische Schnittansicht ungefähr entlang der Linie 5-5 in 3;
6 ist eine etwas schematische Schnittansicht ungefähr entlang der Linie 6-6 in 3;
7 ist eine vergrößerte Ansicht ähnlich 6, die aber eine alternative Einlass- und Auslassstruktur zeigt;
8 ist eine Ansicht einer anderen Ausführungsform der Erfindung, bei der ein geteilter Kühlmittelströmungsweg erhalten wird;
9 zeigt eine typische Einlass- und Auslassstruktur für die Ausführungsform nach 8;
10 ist eine ähnliche Ansicht wie 3, die aber eine modifizierte Ausführungsform zeigt, bei der Vorkehrungen für eine Zwei-Zug-Kühlmittelströmung getroffen wurden;
11 ist eine Ansicht der Ausführungsform nach 10, wobei der Übersicht halber gewisse Teile entfernt wurden;
12 zeigt eine Einlass- und Auslassstruktur, die mit der Ausführungsform nach den 10 und 11 verwendbar ist;
13 zeigt noch eine andere Ausführungsform der Erfindung, die 3 allgemein ähnelt, aber Vorkehrungen zur Verringerung der Behinderung der Luftströmung durch den Wärmetauscher durch die Kühlmittelkanäle enthält;
14 ist eine Draufsicht der in 13 dargestellten Ausführungsform;
15 zeigt eine typische Einlass- oder Auslasskanalverbindung, die mit der Ausführungsform nach den 13 und 14 verwendbar ist;
16 ist eine Draufsicht noch einer anderen Ausführungsform der Erfindung, die jegliche Behinderung der Luftströmung durch den Wärmetauscher durch die Kühlmitteleinlass- und Auslassdurchgänge vollständig beseitigen soll;
17 ist eine vergrößerte als Schnitt ungefähr entlang der Linie 17-17 in 16 ausgeführte Teilansicht;
18 ist eine vergrößerte Teilansicht einer mit der Ausführungsform nach den 16 und 17 verwendbaren Einlass- und Auslassstruktur;
19 zeigt noch eine andere Ausführungsform der Erfindung, die zwei Kühlmittelströmungszüge bereitstellt und die völlige Beseitigung der Behinderung der Luftströmung durch Kühlmitteleinlass- und -auslasskanäle gewährleistet;
20 ist eine ähnliche Ansicht wie 16, aber der Ausführungsform nach 19; und
21 ist eine Schnittansicht ungefähr entlang der Linie 21-21 in 20.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
In der folgenden Beschreibung wird die Erfindung im Zusammenhang mit einem Turbolader für einen im Antriebssystem eines Fahrzeugs eingesetzten Verbrennungsmotor beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass die Erfindung nicht darauf beschränkt ist. Sie kann zum Beispiel in irgendeinem Verdichtersystem verwendet werden, in dem von dem Verdichter stammende Druckluft gekühlt werden soll. Sie kann wirksam zwischen Stufen eines mehrstufigen Verdichters verwendet oder in einem Auflader sowie einem Turbolader eingesetzt werden, unabhängig davon, ob er in einem Fahrzeugmotor eingesetzt wird oder nicht. Somit ist keine Einschränkung hinsichtlich der Verwendung in bestimmten Umgebungen oder mit bestimmten Arten von Verdichtersystemen beabsichtigt, außer dort, wo dies in den angehängten Ansprüchen ausdrücklich angeführt ist.
Auf 1 Bezug nehmend, wird eine beispielhafte Ausführungsform der Erfindung gezeigt und enthält in der Darstellung einen Verdichter mit einer Drehwelle 10, die durch ein (nicht gezeigtes) geeignetes Mittel zur Drehung um eine Achse 12 angebracht ist. Bei der dargestellten Ausführungsform sind zwei herkömmliche Verdichterräder 14 und 16 auf der Welle 10 zu Drehung damit angebracht und bilden die erste bzw. zweite Stufe eines zweistufigen Verdichters.
Jedes der Verdichterräder 14, 16 weist ein schmales Einlassende 18 mit einem relativ kleinen Durchmesser und ein Abführende 20 mit einem relativ großen Durchmesser, das Druckluft radial nach außen abführt, auf.
Bei der dargestellten Ausführungsform ist auch ein Turbinenrad 22 auf der Welle 10 angebracht und kann das Abgas von zum Beispiel einem Verbrennungsmotor empfangen, wie zum Beispiel durch einen Pfeil 24 gezeigt. Das heiße Abgas expandiert in dem Turbinenrad 22 und wird an die Atmosphäre abgeführt, wie durch einen Pfeil 26 gezeigt. Durch das Expandieren des Abgases gegen das Turbinenrad 22 wird bewirkt, dass das Turbinenrad 22 die Welle 10 dreht und somit eine Antriebskraftquelle für die Verdichterräder 14, 16 bereitstellt.
Die Verdichterräder 14, 16 sind in einem schematisch bei 28 gezeigten Gehäuse untergebracht, das einen Einlass 30 neben dem schmalen Ende 18 des Turbinenrads 14 der ersten Stufe aufweist. Zur Verbrennung in dem Motor des Systems zu verwendende Luft tritt in den Einlass 30 ein, wie durch die Pfeile 32 gezeigt, und wird durch das Gehäuse 28 gegen das Turbinenrad 14 begrenzt, während sie komprimiert wird, und schließlich in einer radialen Richtung abgeführt, wie durch die Pfeile 34 gezeigt, die sich durch einen ringförmigen Druckluftleitraum 36 erstrecken. Wie in 1 dargestellt, weist der Druckluftleitraum 36 einen radialen Abschnitt 38 auf, der auf das Abführende 20 des Verdichterrads 14 ausgerichtet ist, welches an seinem radial äußeren Ende mit einem axial ausgerichteten Teil 40 des Druckluftleitraums 36 verbunden ist.
In dem Gehäuse 28 befindet sich ein allgemein mit 42 bezeichneter Zwischenkühler-Wärmetauscher, der im Folgenden näher zu beschreiben ist. Unter Bezugnahme auf 1 reicht es aus, darauf hinzuweisen, dass der Wärmetauscher 42 eine zylindrische radial äußere Fläche 44 aufweist, die als ein Einlass für die zu kühlende Druckluft dient, wie durch die Pfeile 46 gezeigt. Die Einlassfläche 44 steht natürlich mit dem Druckluftleitraum 36 und insbesondere mit dem sich axial erstreckenden Teil 40 davon in Strömungsverbindung.
Der Wärmetauscher 42 weist weiterhin eine allgemein zylindrische radial innere Seite 46 auf, die als ein Auslass für die Druckluft dient, so dass die durch den Wärmetauscher 42 gekühlte Druckluft in Richtung der Pfeile 48 zum Einlass oder schmalen Ende 18 des Turbinenrads 16 der zweiten Stufe strömen kann, um davon weiter komprimiert zu werden. Das Gehäuse 28 enthält eine herkömmliche Verdichterradverkleidung 50, um das einmal komprimierte, gekühlte Gas gegen das Turbinenrad 16 der zweiten Stufe zu begrenzen.
Nachdem die Druckluft das zweite Mal durch das Verdichterrad 16 der zweiten Stufe komprimiert worden ist, wird sie radial nach außen abgeführt, wie durch die Pfeile 52 gezeigt, um in einen herkömmlichen Ausströmraum 54 einzutreten, der dann mit dem Verbrennungslufteinlass für den Motor verbunden ist, wie durch einen Pfeil 56 gezeigt.
Um den Wirkungsgrad des Verdichtungsprozesses zu maximieren, enthalten Rotationsverdichter der soeben beschriebenen Art in der Regel Strömungsgleichrichtungs- oder Diffusorschaufeln 58 neben den Abführenden 20 der Turbinenräder, wie zum Beispiel der Turbinenräder 14, 16. Die Schaufeln 58 befinden sich in dem sich radial erstreckenden Teil 38 des Druckluftleitraums 36, während sich ähnliche Schaufeln 60 radial außerhalb des Abführendes 20 des Verdichterrads 16 der zweiten Stufe an einer Stelle zwischen dem Abführende 20 und dem Ausströmraum 54 befinden. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind die Schaufeln 58 und 60 an den Wärmetauscher 42 thermisch gekoppelt, so dass Wärme in der von dem zugehörigen Verdichterrad 14, 16 stammenden Druckluft an die Schaufeln 58, 60 und dann an in dem Wärmetauscher 42 zirkulierendes Kühlmittel abgeführt wird, wie zu sehen sein wird.
Das System wird durch einen Kühlmitteleinlass 62 zum Wärmetauscher 42 und einen Kühlmittelauslass 64 von dem Wärmetauscher 42 vervollständigt, die beide im Folgenden näher beschrieben werden.
Nunmehr auf 2 Bezug nehmend, wird eine Ausführungsform des Wärmetauschers 42 dargestellt. Dieser besteht aus einem Stapel von Wärmeaustauscheinheiten 66, von denen in 2 vier gezeigt werden. In Abhängigkeit von der gewünschten Kapazität des Wärmetauschers 42 könnten nach Wunsch auch mehr oder weniger verwendet werden. Die Einheiten 66 bestehen jeweils aus zwei kreisförmigen Platten mit einer mittleren Öffnung, die allgemein mit 68 bezeichnet wird, um eine nominell ringförmige Einheit zu bilden. Zwischen benachbarten der Einheiten 66 befindet sich eine kreisförmige Rippenstruktur 70. Das heißt, dass ein Stapel der Einheiten 66 und Rippenstrukturen 70 vorgesehen ist, wobei sich die Einheiten 66 mit den Rippenstrukturen 70 abwechseln.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform bestehen die Rippenstrukturen 70 aus serpentinenförmigen Rippen mit abwechselnden Scheiteln 72 und Tälern 74. Die Scheitel 72 sind mit einer Seite der Einheiten 66, zwischen denen jede Rippenstruktur 70 angeordnet ist, in Wärmeaustauschkontakt angeordnet. In der Regel wird dafür metallurgisches Verbinden, wie zum Beispiel Weichlöten, Hartlöten oder möglicherweise sogar Schweißen, eingesetzt.
Es sei darauf hingewiesen, dass die Scheitel und Täler 72, 74 radial langgestreckt sind. Somit bilden sie Strömungswege von der Einlassseite oder Außenfläche 44 des Wärmetauschers 42 zur Auslassseite 46, die durch die mittleren Öffnungen 68 im Stapel definiert wird.
An jeder beliebigen Stelle um den Umfang des Wärmetauschers 42 herum enthält jede der Einheiten 66 einen radial nach außen gerichteten Ansatz 76. Die Ansätze 76 jeder Einheit 66 sind aufeinander ausgerichtet und, wie noch zu sehen sein wird, gewährleisten eine Strömungsverbindung zwischen den verschiedenen der Einheiten 66. Die Ansätze enthalten ein Anschlussstück 78, das als Einlass für das Kühlmittel (62 in 1) verwendet werden kann, und ein zweites Anschlussstück 80, das als Auslass für das Kühlmittel (64 in 1) verwendet werden kann.
Bei der in 2 gezeigten Ausführungsform werden die Enden des den Wärmetauscher 42 definierenden Stapels durch Rippenstrukturen 70 definiert, die sich im Falle einer der Rippenstrukturen 70 in den sich radial erstreckenden Teil 38 des Druckluftleitraums 36 oder im Falle der anderen Rippenstruktur 70 in den Raum zwischen dem Abführende 20 des Verdichterrads der zweiten Stufe und dem Rusströmraum 54 erstrecken können. An diesen Stellen strömt die Abführenden der Verdichterräder 14, 16 verlassende Druckluft durch die letzten Rippenstrukturen 70, um Wärme daran abzugeben, die schließlich an durch die Einheiten 66 strömendes Kühlmittel abgegeben wird.
3 zeigt eine alternative Ausführungsform, die allgemein wie die in 2 dargestellte aufgebaut ist, außer dass die letzten Rippenstrukturen 70 durch die Diffusor- oder Strömungsgleichrichtungsschaufeln 58 und 60 an jeweiligen Enden des Wärmetauschers 42 ersetzt wurden. Die Schaufeln 58 und 60 können herkömmliche Konfigurationen aufweisen und sind, wie oben erwähnt, in der Regel durch eine metallurgische Verbindung, wie zum Beispiel durch Weichlöten, Hartlöten oder Schweißen, thermisch mit den Einheiten 66 verbunden.
Die Ausführung der Einheiten 66 lässt sich anhand der 4, 5 und 6, auf die jetzt verwiesen wird, besser verstehen.
Wie zuvor erwähnt, besteht jede der Einheiten 66 aus zwei Metallplatten 82 bzw. 84. Jede der Platten weist einen flachen mittleren Abschnitt 86, der sich zu einer axial ausgerichteten Wand 88 an seiner radial äußeren Seite, das heißt der Einlassseite 44, erstreckt, und eine axial ausgerichtete Wand 90 an seiner radial inneren Seite, das heißt der Auslassseite 46, auf. Jede der Wände 88, 90 schließt in einem radialen, flachen Flansch 92 ab, und die Platten 82 und 84 jedes Paars stoßen aneinander, so dass ihre Flansche 92 aneinander befestigt und abgedichtet sind. In der Regel erfolgt dies durch Weichlöten, Hartlöten oder sogar Schweißen. Daraus ergibt sich ein allgemein kreisförmiger Strömungsraum 94, durch den Kühlmittel um einen kreisförmigen Kühlmittelströmungsweg von dem Einlassanschluss 78 zum Auslassanschluss 80 strömen kann.
Am Ansatz 76 ist jede der beiden Platten 82, 84 von dem entsprechenden flachen Teil 86 der Platte axial weg gedehnt, um an den Ansatz der benachbarten der Einheiten 66 anzustoßen. Dieses Anstoßen wird in den 5 und 6 gezeigt, und die Teile der Platten 82 und 84, die die sich ergebenden ausgedehnten Räume, bei 96 gezeigt, definieren, sind wieder zum Beispiel durch metallurgisches Verbinden der zuvor erwähnten Art aneinander befestigt und abgedichtet.
Die letzte der Platten 82, 84, die in den 5 und 6 mit 100 bezeichnet wird, ist in dem Bereich der Ansätze 76 nicht perforiert, während alle anderen Platten 82, 84 ein Paar Öffnungen 102, 104 enthalten (wobei in 5 nur die Öffnungen 102 gezeigt werden). Die Öffnungen 102, 104 sind aufeinander und auf einen jeweiligen der Anschlüsse 78, 80 ausgerichtet, wodurch eine Strömungsverbindung zwischen den Einheiten 66 bereitgestellt wird.
Um zu gewährleisten, dass das Kühlmittel um den gesamten Umfang jeder der Einheiten 66 strömt und sich nicht selbst durch direktes Strömen von dem Einlassanschluss 78 zum Auslassanschluss 80 kurzschließt, sind längliche Vertiefungen 106 in jeder der Platten 82, 84 gestanzt, die jede der Einheiten 66 an einer Stelle zwischen den Anschlüssen 78, 80 bilden und sich von dem radial äußeren Rand der Ansätze 76 über die ganze Strecke zur radial inneren oder Einlassseite 46 der Einheiten erstrecken. Die Vertiefungen 106 stoßen aneinander und sind metallurgisch miteinander verbunden, um an dieser Stelle eine Dichtung bereitzustellen. Infolgedessen strömt ankommendes Kühlmittel, das durch einen Pfeil 108 (3) dargestellt wird, durch den Einlass in Richtung eines gepunkteten Pfeils 110, um durch das Anschlussstück 80 wieder aufzutauchen, wie durch einen Pfeil 112 gezeigt.
Da die zu kühlende Luft radial durch die Rippenstrukturen 70 strömt, liegt ein Querstrom-Wärmeaustauschzustand vor. Das gleiche gilt für durch die Schaufeln 58, 60 strömende Druckluft.
7 zeigt eine Einlass- und Auslasskanalstruktur, die eine Alternative für die in 6 gezeigte ist. Wo gleiche Teile eingesetzt werden, werden der Kürze halber gleiche Bezugszahlen verwendet.
Bei der in 7 dargestellten Ausführungsform weist die Platte 82 einen axial nach unten gerichteten, kegelstumpfförmigen Bund 120 auf, der jede der Öffnungen 102 und 104 umgibt. Dagegen weist jede der Platten 84 einen integralen, nach oben gerichteten, allgemein zylindrischen Bund 122 auf, der jede der Öffnungen 102 und 104 umgibt. Der Innendurchmesser der zylindrischen Bünde 122 wird so gewählt, dass jeder einen entsprechenden der kegelstumpfförmigen Bünde 120 auf im Wesentlichen fluiddichte Weise teleskopisch aufnehmen kann. Wenn die Einheit einen abschließenden Montageprozess, wie zum Beispiel Hartlöten, erfährt, wird eine vollständige Dichtung gebildet.
Unter gewissen Umständen können die Bünde 120, 122 von kreisförmigen Ringen oder Hülsen 124 umgeben sein, deren axiale Länge dem gewünschten Abstand zwischen den Einheiten 66 entspricht, um Maßhaltigkeit zu gewährleisten und jegliches Zerdrücken der Rippen 70 während des Montagevorgangs zu vermeiden, und zwar durch eine Begrenzung der Bewegung der kegelstumpfförmigen Bünde 120 in die zylindrischen Bünde 122.
Die 8 und 9 zeigen eine andere Ausführungsform des Wärmetauschers, die im Verdichter eingesetzt werden kann. Die in den 8 und 9 dargestellte Ausführungsform ist dazu ausgeführt, einen Kühlmittelströmungszug und einen Luftströmungszug vom Außendurchmesser zum Innendurchmesser bereitzustellen und die Befestigung der Schaufeln 58 und 60 an den beiden letzten der Einheiten 66 auf eine thermisch überbrückende Weise, wie oben erwähnt, zu gestatten. Die in den 8 und 9 dargestellte Ausführungsform soll für eine geteilte Strömung zwischen dem Einlassanschluss 78 und dem Auslassanschluss 80 sorgen. Das heißt, Strömung bewegt sich in zwei Teilumfangswegen, jeder von 180°, vom Einlass zum Auslass. Dazu ist jede der Einheiten 66 mit zwei Ansätzen 130, 132 versehen, die um den Umfang voneinander beabstandet sind und sich in der dargestellten Ausführungsform diametral gegenüberliegen. Bei dieser Ausführungsform sind die Ansätze 130 alle aufeinander ausgerichtet, während die Ansätze 132 alle aufeinander ausgerichtet sind, wobei Erstere als Mittel zur Aufnahme von Einlasskanälen zum Inneren der Einheiten 66 und die Ansätze 132 zur Aufnahme von Auslasskanälen von jeder der Einheiten 66 dienen.
9 zeigt die Ansätze 130 und den Einlassanschluss 78, es versteht sich jedoch, dass die gleiche Struktur auch an den Auslassansätzen 132 verwendet werden kann. Die Platten 84 sind wiederum mit zylindrischen Bünden 122 versehen, die die Öffnungen 104 umgeben, während die Platten 82 mit kegelstumpfförmigen Bünden 120 versehen sind, die die Öffnungen 104 umgeben. Es ergibt sich eine teleskopische Beziehung. Darüber hinaus können Hülsen 124 eingesetzt werden, um eine ordnungsgemäße Beabstandung zwischen den einzelnen Einheiten 66 zu gewährleisten.
Die 10, 11 und 12 zeigen eine Ausführungsform, die einen Luftströmungszug von dem Außendurchmesser zum Innendurchmesser des Wärmetauschers und zwei Kühlmittelströmungszüge bereitstellt. Bei dieser Ausführungsform können die letzten Einheiten 66 im Stapel auch beide mit Schaufeln 58 oder 60 versehen sein. Jede der Einheiten 66 weist nur einen einzigen, ein wenig langgestreckten, radial nach außen gerichteten Ansatz 140 auf, wie in den 10 und 11 zu sehen. Jeder der Ansätze weist des Weiteren Öffnungen 102, 104 auf, die dem Einlass bzw. dem Auslass für den Kühlmittelströmungsweg zugeordnet sind, aber anstatt dass die Einlass- und Auslassöffnungen 102, 104 um den Umfang beabstandet sind, wie bei den Ausführungsformen nach den 1–7, sind sie in der Länge des Ansatzes 140 radial beabstandet.
Des Weiteren ist jede der Platten 82, 84 mit einer sich um den Umfang erstreckenden Rippe 142 in dem in 11 dargestellten Muster versehen. Die Rippe 142 befindet sich zwischen der axial ausgerichteten, radial inneren Wand 90 jeder Einheit und der radial äußeren, axial ausgerichteten Wand 88 davon. Wie in 12 zu sehen, stoßen die Rippen 142 aneinander, wenn die Einheiten zusammengebaut sind, um eine Strömungsleitvorrichtung zu bilden. In der dargestellten Konfiguration erstrecken sich die Rippen 142 um den radial äußeren Umfang der Einlassöffnungen 104 zu einer diametral gegenüberliegenden Stelle, an der die Rippe 142 unterbrochen ist, wie bei 146 allgemein gezeigt.
Durch diese Konfiguration strömt das ankommende Kühlmittel in einer geteilten Strömung durch einen radial inneren Teil des durch einen Pfeil 148 dargestellten ringförmigen Strömungswegs zum Kanal 146, wo es seine Richtung durch einen radial äußeren Strömungswegteil, der durch einen Pfeil 150 dargestellt wird, umkehrt, um zu den Auslassöffnungen 102 zurückzukehren. Kurz, das Kühlmittel strömt in einer geteilten Strömung in zwei Zügen. Zunächst wird kaltes Kühlmittel zum Innendurchmesserabschnitt des Wärmetauschers verteilt, wo sich die zu kühlende Luft aufgrund ihrer bereits teilweisen Abkühlung im Strömungsweg 150 auf einer niedrigeren Temperatur befindet. Dadurch wird die Antriebstemperaturdifferenz zwischen dem Kühlmittel und der Ladeluft verbessert, um die Wärmeaustauschleistung zu maximieren.
Wie in 12 zu sehen, sind die Öffnungen 102, 104 wieder durch zylindrische Bünde 122 in den Platten 84 und kegelstumpfförmige Bünde 120 in den Platten 82 umgeben, um die zuvor erwähnte teleskopische Konfiguration und sich ergebende Dichtung zu erreichen. Und es können wieder Abstandshülsen 124 um jeden Satz der Bünde für die Einlass- und Auslassseiten der Vorrichtung angeordnet werden.
Die 13–15 zeigen noch eine andere Ausführungsform der Erfindung. Bei dieser Ausführungsform ist ein Zug von dem Außendurchmesser zum Innendurchmesser für Luftströmung und ein Zug für Kühlmittelströmung vorgesehen. Darüber hinaus kann die in 13 gezeigte Ausführungsform Schaufeln, wie zum Beispiel die Schaufeln 60 (sowie die Schaufeln 58, die in diesen Figuren nicht gezeigt werden) aufweisen, die für die oben erwähnten Zwecke an beiden Seiten der Wärmeaustauscheinheit befestigt sind.
Bei dieser Ausführungsform ist in den 13 und 15 eine der letzten der Einheiten 66 mit der Bezugszahl 150 versehen. Die Einheit 150 weist, wie in 15 zu sehen, eine größere Abmessung von oben nach unten auf als die Einheiten 66 und besitzt somit eine größere Querschnittsfläche für ihren inneren Strömungsweg.
Bei dieser Ausführungsform ist nur die Einheit 150 mit einem radial nach außen gerichteten Ansatz 152 versehen, der sowohl den Einlass- als auch den Auslassanschluss 78, 80 enthält. Die Anschlüsse 78, 80 stehen mit dem Inneren des Ansatzes 152 in Strömungsverbindung.
Wie in 14 zu sehen, ist jede der Einheiten 66 und 150 mit Platten 82, 84 versehen, die sich radial erstreckende Rippen, wie die Rippen 106 oder 142, aufweisen, die mit 154 bezeichnet werden. Die Rippen erstrecken sich von dem radial äußeren Teil des Ansatzes 152 zu der radial inneren Umfangswand zwischen dem Einlass- und dem Auslassanschluss 78, 80.
Wie des Weiteren in 14 zu sehen, enthält jede der Einheiten in dem Stapel aufeinander ausgerichtete Öffnungen 102, 104, die bei dieser Ausführungsform eher länglich als kreisförmig sind. Die Öffnungen 102, 104 befinden sich auf gegenüberliegenden Seiten der Rippen 154, die die zuvor erwähnte Strömungsleitvorrichtung bilden.
Wie in 15 dargestellt sind die Öffnungen 102, 104 von axial ausgerichteten Bünden 120, 122 umgeben. Die Wände der Bünde 120 können eine gerade Innenwand umfassen, während die Bünde 122 eine leicht konisch zulaufende Außenwand aufweisen können, um wieder eine abdichtende, teleskopische Struktur zu erreichen.
Der Vorteil der in den 13–15 dargestellten Ausführungsform besteht darin, dass die Kühlmittelanschlüsse 78, 80 eine geringere Behinderung der Luftströmung zum radial äußeren Durchmesser des Wärmetauschers gewährleisten. Die Bereitstellung einer vergrößerten Querschnittsfläche für die Einheit 152 gestattet eine geringer behinderte Luftströmungsverteilung für diesen Zweck.
Die 16, 17 und 18 stellen noch eine andere Ausführungsform der Erfindung dar. In diesem Fall wird eine Öffnungsstruktur bereitgestellt, die die Öffnungen 102, 104, allgemein wie in 14 dargestellt, enthält. Der Ansatz 152 ist jedoch zugunsten von kreisförmigen Kanälen in der letzten der Platten 82, 84 außen am Stapel weggelassen worden. Diese kreisförmigen Kanäle werden in 17 bei 160 gezeigt und nehmen einen geeigneten Einlass- oder Auslassanschluss 162 auf, wie dargestellt. Sie sind auf die länglichen Kanäle, wie in Verbindung mit 14 dargestellt, ausgerichtet, und die Öffnungen 102, 104 sind wieder von Bünden, wie zum Beispiel den oben in Verbindung mit der in 15 dargestellten Ausführungsform beschriebenen Bünden 120, 122, umgeben.
Aufgrund des Vorsehens der Anschlüsse 162 auf einer Seite des Kerns, wie in 17 zu sehen, können Schaufeln, wie zum Beispiel die Schaufeln 58, 60, nur auf der den Anschlüssen 162 gegenüberliegenden Seite des Stapels angeordnet werden. Es versteht sich jedoch, dass die Anschlüsse 162 den radial äußeren Teil des Stapels nicht passieren, wodurch eine völlig unbehinderte Luftströmung durch den Kern erzielt wird. Die dargestellte Ausführungsform gewährleistet einen Luftströmungszug und einen Kühlmittelströmungszug.
Die 19–21 zeigen noch eine andere Ausführungsform der Erfindung. Diese Ausführungsform kombiniert die Hauptmerkmale der Ausführungsform nach den 16–18 und der Ausführungsform nach den 10, 11 und 12. Insbesondere stellt die Ausführungsform nach den 20 und 21 einen Luftströmungszug vom Außendurchmesser zum Innendurchmesser bereit, sorgt für eine völlig unbehinderte Luftverteilung zum Außendurchmesser der Kernfläche und gewährleistet zwei Kühlmittelströmungszüge, wobei das kalte Einlasskühlmittel zuerst zum inneren Abschnitt des Kerns verteilt und dann am äußeren Abschnitt des Kerns zurückgeführt wird. Es können thermisch überbrückte Strömungsgleichrichter, wie zum Beispiel die Schaufeln 58, 60, an einer Seite des Wärmetauschers angebracht sein.
Unter Bezugnahme auf 20 ist jede der Einheiten 62 mit einer inneren Strömungsleitvorrichtung 170 versehen, die sich zwischen der radial äußeren Wand 88 und der radial inneren Wand 90 befindet und eine einen Kanal 146 definierende Unterbrechung aufweist, wie in Verbindung mit der in den 10–12 gezeigten Ausführungsform erwähnt.
Bei dieser Ausführungsform sind wieder kreisförmige Öffnungen 102, 104 in den Platten vorgesehen, wie am besten in 20 zu sehen, wobei die Einlässe 102 mit dem Einlassanschluss 78 verbunden sind, der sich radial einwärts der Strömungsteilungsvorrichtung 170 befindet, und der Auslassanschluss 80 den Öffnungen 104 zugeordnet ist, die sich radial außerhalb der Strömungsteilungsvorrichtung 170 befinden. Die Öffnungen 102, 104 können mit Bünden 120, 122 versehen sein, wie in 21 gezeigt und zuvor beschrieben.
Die Ausführungsform nach den 20 und 21 sorgt für eine völlig unbehinderte Luftströmung zum radial äußeren Teil des Kerns und verbessert die Temperaturdifferenzantriebskraft zwischen dem Kühlmittel und dem zu kühlenden Gas aufgrund der oben erwähnten Zwei-Zug-Konfiguration.
In einigen Fällen kann eine thermische Kopplung der Strömungsgleichrichtungsschaufeln anders als durch metallurgische Verbindung vorliegen. Wenn der Wärmetauscher zum Beispiel aus Aluminium hergestellt ist und die Schaufeln aus Aluminiumguss bestehen, kann die Verwendung einer Hartlötlegierung zur Bewirkung einer metallurgischen Verbindung unerschwinglich teuer sein. Als Alternative kann ein thermisch leitendes Kunststoffmaterial als Füller an der Grenzfläche des gegossenen Strömungsgleichrichters und des Wärmetauschers eingesetzt und Ersterer nach dem Hartlöten durch Schweißen, Verschrauben, Vernieten oder dergleichen an Letzteren befestigt werden. Solche Materialien sind in der Elektronikindustrie bekannt.
Aus dem Vorhergehenden geht hervor, dass ein äußerst kompakter Wärmetauscher mit relativ einfacher Ausführung bereitgestellt wird. Die Platten 82, 84 jeder Einheit 66 können durch Stanzen hergestellt und die Montage kann durch bekannte metallurgische Verbindungsverfahren, wie zum Beispiel durch Weichlöten, Hartlöten oder sogar Schweißen in einigen Fällen, durchgeführt werden. Hartlöten wird bevorzugt, und dazu wird mindestens eine der Flächen an jeder Grenzfläche zweier Bauteile mit einer Hartlötlegierung versehen. Da die Ausführung kompakt ist, kann sie leicht im Abführende irgendeines radialen Abführverdichters oder in der Abführung irgendeiner Stufe davon eingebaut werden. Infolgedessen wird eine Leitung für die Luft von einem Verdichter zu einem Wärmetauscher praktisch ganz beseitigt.
Die Anordnung von Diffusor- oder Strömungsgleichrichtungsschaufeln, wie zum Beispiel der Schaufeln 58, 60, an den Enden des Stapels, wobei diese an die letzte Einheit oder die letzten Einheiten 66 thermisch gekoppelt sind, oder die Anordnung der Rippenstrukturen an solchen Stellen statt der Schaufeln, verbessert die Wärmeübertragung durch Bereitstellung einer zusätzlichen Wärmeübertragungsfläche im Strömungsweg der Druckluft. Bei der Verwendung von Schaufeln wird eine Doppelfunktion hinsichtlich des Erreichens erwünschter Strömungseigenschaften im Druckluftleitraum bereitgestellt, während gleichzeitig ein zusätzliches Maß an Kühlung für die Druckluft, während sie solch einen Raum durchströmt, bereitgestellt wird.
Zusammenfassung
Die Erfindung betrifft einen Rotationsverdichter, der Folgendes umfasst:
eine um eine Achse (12) drehbare Welle (10);
mindestens ein Verdichterrad (14, 16), das auf der Welle (10) zur Drehung damit angebracht ist und ein Einlassende (18) mit relativ kleinem Durchmesser und ein radiales Abführende (20) mit relativ großem Durchmesser aufweist;
einen nominell ringförmigen Zwischenkühler-Wärmetauscher (42), der um die Welle (10) herum zentriert ist und sich neben dem Turbinenrad befindet, wobei der Wärmetauscher (42) Wärmeaustauschfluidströmungswege in Wärmeaustauschbeziehung zueinander mit einem Druckgasströmungsweg und einem Kühlmittelströmungsweg aufweist, wobei der Kühlmittelströmungsweg durch eine Wand mit einem Durchmesser, der mindestens so groß ist wie der relativ große Durchmesser, teilweise begrenzt wird; ein Gehäuse (28) für das Verdichterrad und den Wärmetauscher (42), das zusammen mit der Wand einen Druckgasleitraum definiert, der sich von dem radialen Abführende zu einem Eingang zum Druckgasströmungsweg erstreckt; und mehrere Strömungsgleichrichtungsschaufeln (58, 60), die an die Wand thermisch gekoppelt sind und sich über den Druckgasleitraum erstrecken, so dass Wärme in dem Druckgas an die Schaufeln (58, 60) und dann an das Kühlmittel in dem Kühlmittelströmungsweg abgegeben werden kann. Die Erfindung stellt einen Verdichter mit einem Wärmetauscher zur Verfügung, der sich ideal als Zwischen-Wärmetauscher eignet.
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Claims

Rotationsverdichter, der Folgendes umfasst: eine um eine Achse (12) drehbare Welle (10); mindestens ein Verdichterrad (14, 16), das auf der Welle (10) zur Drehung damit angebracht ist und ein Einlassende (18) mit relativ kleinem Durchmesser und ein radiales Abführende (20) mit relativ großem Durchmesser aufweist; einen nominell ringförmigen Zwischenkühler-Wärmetauscher (42), der um die Welle (10) herum zentriert ist und sich neben dem Turbinenrad befindet, wobei der Wärmetauscher (42) Wärmeaustauschfluidströmungswege in Wärmeaustauschbeziehung zueinander mit einem Druckgasströmungsweg und einem Kühlmittelströmungsweg aufweist, wobei der Kühlmittelströmungsweg durch eine Wand mit einem Durchmesser, der mindestens so groß ist wie der relativ große Durchmesser, teilweise begrenzt wird; ein Gehäuse (28) für das Verdichterrad und den Wärmetauscher (42), das zusammen mit der Wand einen Druckgasleitraum definiert, der sich von dem radialen Abführende zu einem Eingang zum Druckgasströmungsweg erstreckt; und mehrere Strömungsgleichrichtungsschaufeln (58, 60), die an die Wand thermisch gekoppelt sind und sich über den Druckgasleitraum erstrecken, so dass Wärme in dem Druckgas an die Schaufeln (58, 60) und dann an das Kühlmittel in dem Kühlmittelströmungsweg abgegeben werden kann.
Rotationsverdichter nach Anspruch 1, bei dem sich die Wand allgemein radial erstreckt, sich an einem Ende des Wärmetauschers am nächsten zum Verdichterrad befindet und einen Abschnitt mit einem größeren Durchmesser als der relativ große Durchmesser enthält, wobei sich die Schaufeln allgemein radial erstrecken und auf den Abschnitt ausgerichtet sind.
Rotationsverdichter nach Anspruch 2, bei dem die Schaufeln an der Wand an dem Abschnitt angebracht sind.
Rotationsverdichter nach Anspruch 2, bei dem die Schaufeln durch metallurgische Verbindung an den Abschnitt der Wand thermisch gekoppelt sind.
Rotationsverdichter nach Anspruch 1, bei dem der Wärmetauscher mehrere Plattenpaare enthält, wobei die Platten jedes Paars in der Mitte mit einer Öffnung versehen sind und eine allgemein kreisförmige äußere, axial ausgerichtete Umfangswand und eine allgemein kreisförmige innere, axial ausgerichtete Umfangswand aufweisen, wobei sich ein allgemein flacher Bereich zwischen den Umfangswänden erstreckt und radial ausgerichtete Flansche an jeder Umfangswand axial von dem flachen Bereich der entsprechenden Platte beabstandet sind, wobei die Flansche an den Platten jedes Paars aneinander befestigt und gegeneinander abgedichtet sind, um eine abgeflachte nominell ringförmige Einheit zu definieren, die ringförmige Strömungsteile des Kühlmittelströmungswegs definiert, wobei die Plattenpaare abwechselnd mit Rippenstrukturen gestapelt sind, die sich zwischen einer radial inneren und einer radial äußeren Umfangswand erstrecken, um radiale Strömungsteile der Druckgasströmungswege zu definieren, wobei eine der Einheiten an jedem axialen Ende des Wärmetauschers vorliegt, wobei der flache Bereich einer der Platten der einen Einheit die Wand definiert.
Rotationsverdichter nach Anspruch 5, bei dem jede Rippenstruktur eine serpentinenförmige Kreisrippe mit sich um den Umfang abwechselnden Scheiteln und Tälern ist, wobei sich die Scheitel davon mit Einheiten, zwischen denen jede Rippe angeordnet ist, in thermischem Wärmeaustauschkontakt befinden.
Rotationsverdichter nach Anspruch 6, bei dem jede der Einheiten einen radial nach außen gerichteten Ansatz enthält und der Ansatz jeder Einheit im ganzen Stapel auf die Ansätze jeder anderen Einheit ausgerichtet ist, wobei sich die Ansätze jeder Einheit weiterhin radial nach außen an den serpentinenförmigen Rippen vorbei und axial in Dichtungseingriff miteinander erstrecken, wobei zwei Öffnungen in jedem Ansatz eine Strömungsverbindung zwischen den Einheiten im Stapel herstellen und sich ein Strömungssperrteil über die flachen Bereiche jeder Platte jeder Einheit zwischen den radial inneren Umfangswänden und der radial äußeren Wand des Ansatzes und an einer Stelle zwischen den beiden Öffnungen jedes Ansatzes erstreckt.
Rotationsverdichter, der Folgendes umfasst: eine um eine Achse (12) drehbare Welle (10); mindestens ein Verdichterrad (14, 16), das auf der Welle zur Drehung damit angebracht ist und ein Einlassende (18) mit relativ kleinem Durchmesser und ein radiales Abführende (20) mit relativ großem Durchmesser aufweist; einen nominell ringförmigen Zwischenkühler-Wärmetauscher (42), der um die Welle (10) herum zentriert ist und sich neben dem Turbinenrad befindet, wobei der Wärmetauscher Wärmeaustauschfluidströmungswege in Wärmeaustauschbeziehung zueinander mit einem Druckgasströmungsweg und einem Kühlmittelströmungsweg aufweist, wobei der Kühlmittelströmungsweg durch eine Wand (88, 90) mit einem Durchmesser, der mindestens so groß ist wie der relativ große Durchmesser, teilweise begrenzt wird, wobei der Wärmetauscher mehrere Plattenpaare enthält, wobei die Platten (82, 84) jedes Paars in der Mitte mit einer Öffnung (68) versehen sind und eine allgemein kreisförmige, äußere, axial ausgerichtete Umfangswand und eine allgemein kreisförmige innere, axial ausgerichtete Umfangswand aufweisen, wobei sich ein allgemein flacher Bereich zwischen den Umfangswänden erstreckt und radial ausgerichtete Flansche an jeder Umfangswand axial von dem flachen Bereich der entsprechenden Platte (82, 84) beabstandet sind, wobei die Flansche an den Platten (82, 84) jedes Paars aneinander befestigt und gegeneinander abgedichtet sind, um eine abgeflachte nominell ringförmige Einheit (66) zu definieren, die ringförmige Strömungsteile des Kühlmittelströmungswegs definiert, wobei die Plattenpaare abwechselnd mit Rippenstrukturen (70) gestapelt sind, die sich zwischen der radial inneren und der radial äußeren Umfangswand erstrecken, um radiale Strömungsteile des Druckgasströmungswegs zu definieren, wobei eine der Einheiten (66) an jedem axialen Ende des Wärmetauschers vorliegt, wobei der flache Bereich einer der Platten der Einheit (66) die Wand definiert, wobei jede Rippenstruktur (70) eine serpentinenförmige Kreisrippe mit sich um den Umfang abwechselnden Scheiteln und Tälern ist, wobei sich die Scheitel davon mit Einheiten, zwischen denen jede Rippe angeordnet ist, in thermischem Wärmeaustauschkontakt befinden, wobei jede der Einheiten weiterhin Einlass- und Auslasskanäle enthält, wobei die Einlass- und Auslasskanäle jeder Einheit (66) auf die Einlass- und Auslasskanäle jeder benachbarten Einheit im Stapel ausgerichtet und dagegen abgedichtet sind; Einlass- und Auslassanschlüsse, die an dem Einlass und Auslass einer der Einheiten (66) angebracht und abgedichtet sind; und ein Gehäuse (28) für das Verdichterrad und den Wärmetauscher (42), das zusammen mit der Wand einen Druckgasleitraum definiert, der sich von dem radialen Abführende zu einem Eingang zum Druckluftweg erstreckt.
Rotationsverdichter nach Anspruch 8 mit einem zusätzlichen der Verdichterräder in axial beabstandeter Beziehung auf der Welle (10) zu dem mindestens einen Verdichterrad, und wobei zwei der Wände axial voneinander beabstandet vorgesehen sind, eine neben dem Abführende des mindestens einen Verdichterrads und eine neben dem Abführende des zusätzlichen Verdichterrads.
Rotationsverdichter nach Anspruch 9, weiterhin mit einem ersten und einem zweiten Satz von Strömungsgleichrichtungsschaufeln, wobei ein Satz an einer der Wände in thermisch gekoppelter Beziehung dazu und ein anderer Satz an der anderen der Wände in thermisch gekoppelter Beziehung dazu angebracht ist.
Rotationsverdichter nach Anspruch 9, bei dem serpentinenförmige Rippen an jeder der beiden Wände vorgesehen sind, eine neben dem Abführende jedes der Verdichterräder.
Rotationsverdichter nach Anspruch 8, bei dem jede der Einheiten einen radial nach außen gerichteten Ansatz enthält, wobei der Ansatz jeder Einheit im ganzen Stapel auf die Ansätze der anderen Einheiten ausgerichtet ist und wobei sich der Ansatz von jeder weiterhin radial nach außen an den serpentinenförmigen Rippen vorbei erstreckt, wobei die Einlass- und Auslasskanäle ausgerichtete Öffnungen in den Ansätzen enthalten.
Rotationsverdichter nach Anspruch 12, bei dem die Kanäle weiterhin axial gerichtete Bünde, die die ausgerichteten Öffnungen umgeben und Bünde der benachbarten Ansätze in Eingriff nehmen und dagegen abgedichtet sind und eine Strömungsverbindung zwischen den Öffnungen und somit den Einheiten im Stapel herstellen, und eine Strömungssperrtrennwand enthalten, die sich über die flachen Bereiche jeder Platte jeder Einheit zwischen der radial inneren und der radial äußeren Umfangswand davon an einer Stelle zwischen den Einlasskanälen und den Auslasskanälen erstreckt.
Rotationsverdichter nach Anspruch 12, bei dem sich jeder Ansatz axial in Dichtungseingriff mit benachbarten Ansätzen um die Öffnungen herum erstreckt.
Rotationsverdichter nach Anspruch 14, bei dem sich jeder Ansatz mittels axial ausgerichteter Bünde, die die ausgerichteten Öffnungen umgeben, axial in den Dichtungseingriff erstreckt.
Rotationsverdichter nach Anspruch 15, bei dem benachbarte abgedichtete Bünde teleskopisch ineinander angeordnet sind.
Rotationsverdichter nach Anspruch 12, bei dem jede Einheit zwei der Ansätze enthält, wobei die beiden Ansätze um den Umfang der kreisförmigen äußeren axial ausgerichteten Umfangswand beabstandet sind und sich die Einlassteile in einem der Ansätze jeder Einheit und die Auslasskanäle in dem anderen der Ansätze jeder Einheit befinden.
Rotationsverdichter nach Anspruch 8, weiterhin mit mindestens einer Umfangsströmungsleitvorrichtung in jeder Einheit an einer radial einwärts der äußeren axial ausgerichteten Umfangswand und radial auswärts der inneren axial ausgerichteten Umfangswand gelegenen Stelle, wobei die Auslasskanäle mit einem ersten Raum zwischen einer der Umfangswände und der Strömungsleitvorrichtung und die Einlasskanäle mit einem zweiten Raum zwischen der anderen der Umfangswände und der Strömungsleitvorrichtung in Strömungsverbindung stehen.
Rotationsverdichter nach Anspruch 18, weiterhin mit einer Öffnung in jeder der Strömungsleitvorrichtungen an einer von den Einlass- und Auslasskanälen abgelegenen Stelle, die eine Strömungsverbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Raum herstellt.
Rotationsverdichter, der Folgendes umfasst: eine um eine Achse drehbare Welle (10); mindestens ein Verdichterrad, das auf der Welle (10) zur Drehung damit angebracht ist und ein Einlassende mit relativ kleinem Durchmesser und ein radiales Abführende mit relativ großem Durchmesser aufweist; einen nominell ringförmigen Zwischenkühler-Wärmetauscher (42), der um die Welle herum zentriert ist und sich neben dem Turbinenrad befindet, wobei der Wärmetauscher (42) Wärmeaustauschfluidströmungswege in Wärmeaustauschbeziehung zueinander mit einem Druckgasströmungsweg und einem Kühlmittelströmungsweg aufweist, wobei der Kühlmittelströmungsweg durch eine Wand mit einem Durchmesser, der mindestens so groß ist wie der relativ große Durchmesser, teilweise begrenzt wird, wobei der Wärmetauscher mehrere Plattenpaare enthält, wobei die Platten (82, 84) jedes Paars in der Mitte mit einer Öffnung (68) versehen sind und eine allgemein kreisförmige, äußere, axial ausgerichtete Umfangswand und eine allgemein kreisförmige innere, axial ausgerichtete Umfangswand aufweisen, wobei sich ein allgemein flacher Bereich zwischen den Umfangswänden erstreckt und radial ausgerichtete Flansche an jeder Umfangswand axial von dem flachen Bereich der entsprechenden Platte beabstandet sind, wobei die Flansche an den Platten (82, 84) jedes Paars aneinander befestigt und gegeneinander abgedichtet sind, um eine abgeflachte nominell ringförmige Einheit (66) zu definieren, die ringförmige Strömungsteile des Kühlmittelströmungswegs definiert, wobei die Plattenpaare abwechselnd mit Rippenstrukturen (70) gestapelt sind, die sich zwischen der radial inneren und der radial äußeren Umfangswand erstrecken, um radiale Strömungsteile des Druckgasströmungswegs zu definieren, wobei eine der Einheiten (66) an jedem axialen Ende des Wärmetauschers vorliegt, wobei der flache Bereich einer der Platten (82, 84) der Einheit (66) die Wand definiert, wobei jede Rippenstruktur (70) eine serpentinenförmige Kreisrippe mit sich um den Umfang abwechselnden Scheiteln und Tälern ist, wobei sich die Scheitel davon mit Einheiten, zwischen denen jede Rippe angeordnet ist, in thermischem Wärmeaustauschkontakt befinden, wobei jede der Einheiten (66) aufeinander ausgerichtete Einlass- und Auslasskanäle für die ringförmigen Strömungsteile des Kühlmittelströmungswegs enthält und wobei die Einlass- und Auslasskanäle aufeinander ausgerichtete Öffnungen (102, 104) in den Platten (82, 84) enthalten.
Rotationsverdichter nach Anspruch 20, bei dem die Öffnungen (102, 104) von axial ausgerichteten Bünden umgeben sind, wobei aufeinander ausgerichtete der Bünde gegeneinander abgedichtet sind.
Rotationsverdichter nach Anspruch 21, bei dem die Bünde mit ihren jeweiligen Platten integral ausgebildet und teleskopisch ineinander angeordnet sind.
Rotationsverdichter nach Anspruch 22, weiterhin mit Strömungsleitvorrichtungen (58, 60) in jeder der Einheiten (66), die die Einlass- und Auslasskanäle trennen, um eine Strömung durch die ringförmigen Strömungsteile zu bewirken.
Rotationsverdichter nach Anspruch 23, bei dem die Strömungsleitvorrichtungen umfangsmäßig ausgerichtet sind.
Rotationsverdichter nach Anspruch 23, bei dem die Strömungsleitvorrichtungen radial ausgerichtet sind.
Rotationsverdichter nach Anspruch 20, bei dem eine der Einheiten (66) darüber hinaus einen radial ausgerichteten Ansatz und einen an dem Ansatz angebrachten Einlass- und Auslassanschluss, die jeweils mit den Einlass- und Auslasskanälen in der einen Einheit in Strömungsverbindung stehen, enthält.
Rotationsverdichter nach Anspruch 26, bei dem die eine Einheit (150) einen ringförmigen Strömungsteil mit einer größeren Querschnittsfläche als der ringförmige Strömungsteil der anderen der Einheiten (66) aufweist.