DE1551519B2 - Ringkuehler - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Ringkühler, mit zum kreisförmigen Führen eines zu kühlenden Fluids eingerichteten kreisförmigen Plattenelementen, die zur Bildung von Kanälen für die Strömung der Kühlluft von innen nach außen mit axialem Abstand unter Zwischenlange von Kühlrippen angeordnet sind, welche nach außen sich diffusorartig erweiternde Einzelkanäle für die Kühlluft bilden.

Es ist bereits eine Vorrichtung zum Kühlen des Kühlwassers für Explosionskraftmaschinen bekannt (deutsche Patentschrift 161754), mit einem an den Umfang eines Windflügelrades engarigschließenden Kühlkörper, wobei wasserdurchströmte Flachhohlringe in zur Achse des Flügelrades senkrecht stehenden Ebenen in engen Abständen derart angeordnet sind, daß die Kühlluft durch die Zwischenräume zwischen den Kühlkörpern hindurch deren Breitseiten bestreicht. Diese bekannte Vorrichtung ist jedoch nicht ausreichend druckfest und die Schluckfähigkeit für die Kühlluft ist infolge der sehr starken Neigung der Kühlrippen gegenüber der Radialrichtung relativ klein. Ferner entstehen in den radial äußeren Bereichen ungünstig große Abstände zwischen den Kühlrippen, da eine bestimmte minimale Rippenteilung innen am Kühllufteintritt nicht unterschritten werden kann. Dadurch ist auch nur eine relativ kleine Rippengesamtfläche unterbringbar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei Ringkühlern der eingangs bezeichneten bekannten Art die Festigkeit der Plattenelemente gegen Innendruck, d.h. den Druck des zu kühlenden Fluids, zu verbessern, die Schluckfähigkeit des Ringkühlers für die Kühlluft zu erhöhen und die Möglichkeit zur Anbringung einer wesentlich größeren Rippenfläche zu schaffen, wobei durch eine entsprechende Bemessung der Diffusorwirkung der Druckverlust der Kühlluft möglichst klein gehalten werden soll.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung im wesent-,

ίο liehen dadurch gelöst, daß das Innere jedes Plattenelements durch Distanzstücke in Kreisringkanäle unterteilt ist, daß die Kühlrippenreihen rein radial verlaufen und in radialer Richtung in Kühlrippengruppen unterteilt sind, und, daß die diffusorartige Stellung der Kühlrippen derart bemessen ist, daß damit die Volumzunahme ,der Kühlluft kompensiert wird, und so die laufgeschwindigkeit konstant bleibt. Es ist zwar bereits ein Spiralwärmeaustauscher, insbesondere für Brennkraftmaschinen bekannt (österreichische Patentschrift 250 739), bei dem die wärmeübertragenden, in einzelnen ineinander versetzten Reihen angeordneten Röhren mit Kühlrippen versehen sind, deren Verlauf im wesentlichen radial ist; jedoch verlaufen dort die Röhren für das zu kühlende Fluid nicht kreisförmig, sondern spiralförmig und die Kühlluft wird nicht radial, sondern von der Stirnfläche aus durch den Wärmetauscher geleitet.

Bei einer auf Innendruck beanspruchten Flachtasche für Wärmeaustauscher (deutsche Patentschrift 839 361) ist es an sich bereits bekannt, in den Plattenelementen Distanzstücke anzuordnen, durch die das Innere in Kanäle unterteilt wird. Schließlich ist es bei einem Gas-Luft-Wärmetauscher bekannt, den Strömungsweg des zu kühlenden Gases zunehmend zu verkleinern und den Strömungsweg der sich im Wärmetauscher erhitzenden Luft jeweils entsprechend zu vergrößern, um die Strömungsgeschwindigkeit im wesentlichen konstant zu halten.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist es zweckmäßig, zwischen einzelnen Kühlrippengruppen durchgehende Spalten vorzusehen. Besonders vorteilhaft ist es dabei, die Spalten im Bereich von Distanzstücken von Plattenelementen anzuordnen. Erfindungsgemäß ausgebildete Ringkühler lassen sich besonders vorteilhaft zur Rückkühlung des Kühlmittels von Brennkraftmaschinen verwenden.

Im erfindungsgemäßen Ringkühler strömt die Kühlluft radial, während das Kühlmittel kreisförmig den Kühler durchläuft. Die Temperatur der zugeführten Luft ist in Mittelpunktnähe kleiner als an der Peripherie. Daraus ergibt sich, daß die Dichte der Luft innen größer ist als außen und somit die Luftgeschwindigkeit beim Ausgang größer ist als im Zentrum, da das Luftvolumen durch die sich ausdehnende Luft zunimmt. Durch die erfindungsgemäße Kühlrippenanordnung, die an sich in bekannter Weise Diffusorwirkung ergibt, wird innen und außen etwa gleiche Luftgeschwindigkeit erreicht, wobei der Druckverlust durch Umsetzung von Geschwindigkeit im Druck in den diffusorartigen Rippenkanälen teilweise aufgehoben wird. Dadurch wird erreicht, daß eine größere Luftmenge durch den Kühler durchgesetzt wird, ohne daß der Lüfter einen größeren Druck erzeugen müßte, wie es sonst notwendig wäre, wenn die Luftführungskanäle parallel angeordnet wären.

Durch die Unterteilung der Kühlrippen in radialer Richtung ergibt sich der fertigungstechnische Vorteil, daß die Rippenanordnungen in einheitlicher Form

hergestellt werden können und dann jeweils radial und umfangförmig nebeneinander bzw. hintereinander angeordnet werden können.

Durch die Anordnung durchgehender Spalten zwischen den einzelnen Kühlrippengruppen mischt sich die in den einzelnen Kanälen strömende Luft untereinander und wird wieder neu verteilt.

Das erforderliche Gebläse ist als Radialgebläse ausgebildet und konzentrisch im Zentrum des Ringkühlers angeordnet.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung, die schematisch ein Ausführungsbeispiel darstellt, näher erläutert. Dabei zeigt

Fig. 1 eine Seitenansicht,

Fig. 2 eine Draufsicht,

Fig. 3 einen Schnitt entsprechend der Linie A-B in F i g. 1 bzw. C-D in F i g. 2 und

Fig. 4 einen Teilschnitt durch ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel.

Aus Fig. 1, die schematisch eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Ringkühlers darstellt, ist die prinzipielle Wirkungsweise zu ersehen: Von einem Radialgebläse wird die kalte Luft axial in Richtung des Pfeils E angesaugt, durch den ringförmigen Kühler gedrückt und strömt radial, wie durch die Pfeile F und G angedeutet, ab. Das Kühlmedium wird, bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel aus konstruktiven Gründen, von unten in Pfeilrichtung H zugeführt und strömt nach Abkühlung in Pfeilrichtung / ebenfalls nach unten ab.

Der Ringkühler 1 besteht aus übereinander angeordneten Plattenkühlelementen 2 und jeweils dazwischen angeordneten Kühlrippengruppen 3. Das Innere jedes Plattenelementes 2 ist durch Distanzstücke 35 in Kreisringkanäle 19 unterteilt (vgl. Fig. 3). Zur Befestigung ist ein Ringflansch 4 vorgesehen sowie eine obere Abdeckplatte 5 und eine untere Abdeckplatte 6.

Beispielsweise wird der Ringkühler 1 wie in F i g. 2 angedeutet, aus vier Viertelkreisblöcken 7 zusammengebaut. Die Verbindung kann dabei entlang von Schweißnähten 8, 9 bzw. über Sammelkästen 10 und 11 erfolgen. In den Sammelkasten 10 münden, wie aus F i g. 2 ersichtlich, der Wasserzulauf 12 und der Wasserablauf 13. Im Sammelkasten 10 ist eine die beiden Zulauf- bzw. Ablaufstutzen trennende Wand 14 angeordnet. In das dem Wasserzulauf 12 zugeordnete Sammelkastenabteil 15 münden Verteilerrohre 16 und 17. Die Verteilerrohre 16 und 17 sind zweckmäßig halbkreisförmig ausgebildet und münden mit ihren anderen Enden in den Sammelkasten 11. In den Sammelkasten 11 einerseits und das Sammelkastenabteil 18 des Sammelkastens 10 münden die Kreisringkanäle 19 der Plattenkühlelemente 2. Das zu kühlende Wasser wird somit beim Wasserzulauf 12 zugeführt, mit Hilfe der Verteilerrohre 16 und 17 auf die diametral gegenüberliegende Seite des Ringkühlers geleitet und strömt von dort auf halbkreisförmigen Bahnen innerhalb der Kreisringkanäle 19 der Plattenkühlemente 2 zum Sammelkasten 10 mit dem Wasserablauf 13 zurück. Aus Fig. 3 ist die Anordnung eines Diffusors für die Luftleitung vom zentrisch angebrachten Gebläse zu den Kühlelementen und Kühlrippen ersichtlich. Zwischen einem oberen Abdeckblech 20 und einem unteren Abdeckblech 21 sind zusätzliche Luftleitbleche 22, 23 und 24 angeordnet.

Aus Fig. 4 ist ersichtlich, daß die Kühlrippen in radialer Richtung zu Kühlrippengruppen 28, 29 und 30 mit untereinander entsprechender Form und Abmessung ausgebildet sind. Zwischen den Kühlrippengruppen können in Umfangsrichtung durchgehende Spalten 31 und 32 vorgesehen werden, wodurch sich die in einzelnen Kanälen strömende Luft mischen und wieder neu verteilen kann. Durch die Aufteilung der Kühlrippen in Kühlrippengruppen ergibt sich bei der

*o an sich notwendigen Auffächerung ein geringerer Abstand der einzelnen Wellenberge bzw. Täler an dem jeweils äußeren Kasten, als bei einer durchgehenden Ausbildung über die ganze radiale Länge erforderlich wäre. Dadurch wird der mittlere Rippenabstand klei-

¹S ner und der Wärmeübergang wird wiederum entsprechend vergrößert.

An einem der Sammelkästen wird zweckmäßig eine

an sich bekannte Entlüftungsöffnung 33 vorgesehen.

Mit Hilfe von beispielsweise zwei erfindungsgemäß ausgebildeten Ringkühlern mit einem Durchmesser von ungefähr einem Meter kann die beim Betrieb einer Brennkraftmaschine mit einer Leistung von 1500 PS anfallende Wärmemenge ohne weiteres abgeführt werden.

Durch die in F i g. 4 dargestellte diffusorartige Ausbildung und Anordnung der Kühlrippen wird bei einer entsprechenden Auslegung des Lüfters eine sehr große Luftmenge durchgesetzt, wobei der Lüfter einen wesentlich niedrigeren Druck erzeugen muß, als er sonst zum Transport der gleichen Luftmenge durch parallele Kanäle bei bekannten Kühlern notwendig wäre.

Im oberen Teil der F i g. 4 ist die obere Abdeckplatte 5 teilweise entfernt, so daß die oberste luftseitige Rippenreihe sichtbar wird. Aus dieser Fig. 4 ist besonders die radiale Unterteilung der Kühlrippen in drei Kühlrippengruppen 28, 29 und 30 zu ersehen. Der diffusorartige Verlauf der Rippenkanäle ergibt sich dadurch, daß das innere Ende der Rippen auf einem kleineren Umfang liegt als das in Strömungsrichtung gelegene äußere Ende, wodurch eine unterschiedliche Rippenteilung an den beiden Rippenenden entsteht und sich zwangsläufig ein diffusorartiger Kanal bildet, wobei in Luftströmungsrichtung ein zunehmender Querschnitt entsteht.

Der rechte Teil der F i g. 4 stellt einen radialen Querschnitt durch den linken Teil der F i g. 4 dar. Die Anzahl und Anordnung der Verteilerrohre 16 und 17 kann abweichend von den dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispielen gewählt sein. Zweckmäßig sind sie jedoch wie in F i g. 3 dargestellt, innerhalb des Bereichs des kegelförmigen Abdeckbleches 20, aus Platzgründen, angeordnet. Auch ist es durchaus möglich, Wassereinlaß und Wasserzulaß an diametral gegenüberliegenden Stellen oder auch an beliebigen anderen Stellen der Ringkühlerquerschnittsfläche anzuordnen.

Der Ringkühler wird durch Bolzen 34, wie aus Fig. 1 oder 2 ersichtlich, auf einer Unterlage befestigt.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Ringkühlers besteht darin, daß durch die entsprechende Luftleitung die Lüftergeräusche stark gedämpft werden und die Kühlanlage insgesamt wesentlich leiser ist als Kühler der üblichen Bauweise bei entsprechender Kühlleistung sein würden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Ringkühler mit zum kreisförmigen Führen eines zu kühlenden Fluids eingerichteten kreisförmigen Plattenelementen, die zur Bildung von Kanälen für die Strömung der Kühlluft von innen nach außen mit axialem Abstand unter Zwischenlage von Kühlrippen angeordnet sind, welche nach außen sich diffusorartig erweiternde Einzelkanäle für die Kühlluft bilden, gekennzeichnet durch die Verbindung der folgenden Merkmale:

a) Das Innere jedes Plattenelements (2) ist durch Distanzstücke (35) in Kreisringkanäle (19) unterteilt;

b) die Kühlrippen (3) verlaufen rein radial, und sie sind in radialer Richtung in Kühlrippengruppen (28, 29, 30) unterteilt;

c) die diffusorartige Stellung der Kühlrippen (3) ist derart bemessen, daß damit die Volumenzunahme der Kühlluft kompensiert wird und so die Luftgeschwindigkeit konstant bleibt.

2. Ringkühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen einzelnen Kühlrippengruppen (28, 29, 30) durchgehende Spalten (31, 32) vorgesehen sind.

3. Ringkühler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spalten (31,32) im Bereich von Distanzstücken (35) von Plattenelementen (2) angeordnet sind.

4. Verwendung eines Ringkühlers nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche zur Rückkühlung des Kühlmittels von Brennkraftmaschinen.