DE19902504B4 - Heat exchanger, in particular intercooler - Google Patents

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Abstract

Wärmeübertrager, insbesondere Ladeluftkühler mit vom Kühlmittel durchströmten Scheiben, die parallel zueinander ausgerichtet und zu einem mit an einer Endplatte angeordneten Zu- und Abflußstutzen versehenen Paket zusammengefaßt sind, wobei die einzelnen Scheiben mit Verbindungsstutzen versehen sind, die in die Zu- beziehungsweise Abflußstutzen münden, und mit ihren Wänden an Zwischenräume grenzen, die von der Ladeluft durchströmt und mit Wellrippen ausgefüllt sind, wobei das von den Scheiben gebildete Paket in ein von der Ladeluft durchströmtes Gehäuse eingesetzt ist und die Abschlußplatte den Abschlußdeckel für das das Scheibenpaket auf fünf Seiten umgebende Gehäuse bildet.Heat exchanger, in particular intercooler with the coolant perfused Slices that are aligned parallel to each other and to one with are arranged on an end plate arranged inlet and outlet nozzles provided packet, wherein the individual discs are provided with connecting pieces, which lead into the inflow and outflow, and with their walls interspaces boundaries through which the charge air flows and are filled with corrugated ribs, wherein the package formed by the discs inserted into a flowed through by the charge air housing is and the end plate the end cover for the the disc package on five Pages surrounding enclosures forms.

Figure 00000001
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Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager, insbesondere einen Ladeluftkühler mit vom Kühlmittel durchströmten Scheiben, die parallel zueinander ausgerichtet und zu einem mit an einer Endplatte angeordneten Zu- und Abflußstutzen versehenen Paket zusammengefaßt sind und mit ihren Wänden an Zwischenräume grenzen, die von der Ladeluft durchströmt und mit Wellrippen ausgefüllt sind.The Invention relates to a heat exchanger, in particular a charge air cooler with the coolant perfused Slices that are aligned parallel to each other and to one with arranged on an end plate inlet and outlet nozzles provided package are summarized and with their walls on interspaces limits, which are traversed by the charge air and filled with corrugated fins.

Ein Ladeluftkühler dieser Art ist aus der DE 198 00 096 A1 bekannt, der in der Art von Scheibenölkühlern ausgebildet ist, wie sie bei Kraftfahrzeugmotoren zur Ölkühlung vorgesehen werden. Bei der bekannten Bauart des Ladeluftkühlers sind flachrohrartige Scheiben vorgesehen, die vom Kühlmittel in ihrer Längsrichtung von einer Anschluß- zu einer Abflußseite hin durchströmt werden. Die Wirkung solcher Scheibenpakete ist gegenüber derjenigen anderer bekannter Ladeluftkühler ( DE 39 06 747 C2 ), bei denen Flachrohre zwischen zwei Kühlmittelkästen verlaufen, wegen des Fehlens einer kompakten Ladeluftführung nur gering.A intercooler of this kind is from the DE 198 00 096 A1 known, which is designed in the manner of disk oil coolers, as provided in motor vehicle engines for oil cooling. In the known design of the intercooler flat-tube-like discs are provided, which are flowed through by the coolant in its longitudinal direction from a connection to a discharge side. The effect of such disc packages is compared to that of other known intercoolers ( DE 39 06 747 C2 ), in which flat tubes run between two coolant tanks, because of the lack of a compact charge air duct only small.

Aus der AT 002 490 U1 ist ein Ladeluftkühler mit parallel zueinander ausgerichteten Scheiben bekannt, bei dem zur Verteilung und Sammlung eines Kühlmittels seitlich an dem Ladeluftkühler Sammelkästen angebracht sind.Out the AT 002 490 U1 is a charge air cooler with parallel to each other Aligned discs are known for distribution and collection a coolant on the side of the intercooler collection boxes are attached.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wärmeübertrager der eingangs genannten Art so auszubilden, daß eine kompakte Bauart mit guter Wirkungsweise entsteht.Of the Invention is based on the object, a heat exchanger of the aforementioned Kind so that a compact design with good effect arises.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einem Wärmeübertrager der eingangs genannten Art vorgesehen, daß das von den Scheiben gebildete Paket in ein von der Ladeluft durchströmtes Gehäuse eingesetzt ist und die Ab schlußplatte den Abschlußdeckel für das das Scheibenpaket auf fünf Seiten umgebende Gehäuse bildet. Scheibenpaket und Gehäuse bilden auf diese Art eine Einheit, und es wird möglich, die Durchströmungsverhältnisse für die Ladeluft an die Ausbildung des Scheibenpaketes so anzupassen, daß eine intensive und wirkungsvolle Durchströmung und damit auch ein intensiver Wärmeübergang möglich wird.to solution This task is in a heat exchanger of the type mentioned provided that formed by the discs Package is inserted in a through-flow of the charge air housing and the From final plate the cover for the Disk package on five Pages surrounding enclosures forms. Disk package and housing form a unit in this way, and it becomes possible, the flow conditions for the Charge air to adapt to the formation of the disk pack so that an intense and effective flow and thus an intense heat transfer is possible.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung können die Anschlüsse für das Kühlmittel beide auf einer Seite der Scheiben vorgesehen sein, und es kann dann der Innenraum jeder Scheibe von den Anschlüssen ausgehend mit einer zwischen den Anschlüssen längs verlaufenden, aber nicht bis zum Ende der Scheiben durchgehenden, Trennwand versehen werden, so daß jede Scheibe vom Kühlmittel mit einer oder einer ungeraden Anzahl von Umlenkungen durchströmt wird. Die Zu- und Abführöffnungen für die Ladeluft im Gehäuse können dabei so angeordnet werden, daß die Strömung der Ladeluft quer zur Kühlmittelströmung verläuft, so auch dadurch ein guter Wärmeübergang gewährleistet wird.In Advantageous development of the invention, the connections for the coolant Both can be provided on one side of the discs, and it can then the interior of each disc starting from the connections with an intermediate the connections longitudinal, but not provided until the end of the discs continuous, partition so that everyone Slice of coolant with one or an odd number of deflections is flowed through. The inlet and outlet openings for the Charge air in the housing can be arranged so that the flow the charge air runs transversely to the coolant flow, so also a good heat transfer guaranteed becomes.

Das Gehäuse selbst kann in Weiterbildung der Erfindung als eine aus Kunststoff oder auch aus Metall hergestellte Haube ausgebildet sein, in die das Scheibenpaket eingesetzt und dann durch die als Deckel ausgebildete Abschlußscheibe verankert wird. Es ist aber auch in vorteilhafter Weise möglich, als Gehäuse für das Scheibenpaket eine unmittelbar im Saugrohr eines Kraftfahrzeugmotors vorgesehene Ausnehmung zu verwenden, in die das Scheibenpaket eingesetzt und befestigt wird. Durch diese Ausgestaltung kann eine Ladeluftkühlung ohne zusätzlichen Raumaufwand unmittelbar an der Stelle vorgesehen werden, an der eine Ladeluftkühlung zweckmäßig durchgeführt wird.The casing itself can in the invention as a plastic or also made of metal hood, be in the the disc pack used and then trained by the lid cover screen anchored. But it is also possible in an advantageous manner, as a housing for the disc package a recess provided directly in the intake manifold of an automobile engine to use in which the disc pack inserted and attached becomes. By this configuration, a charge air cooling without additional Spending be provided directly at the point at the a charge air cooling is carried out appropriately.

Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden erläutert. Es zeigen:The Invention is based on embodiments shown in the drawing and will be explained below. It demonstrate:

1 eine perspektivische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispieles eines Ladeluftkühlers nach der Erfindung, 1 a perspective view of a first embodiment of a charge air cooler according to the invention,

2 eine Explosionsdarstellung des Ladeluftkühlers der 1, 2 an exploded view of the charge air cooler of 1 .

3 eine schematische Darstellung der Strömungs- und Anströmungsverhältnisse der Scheiben des Ladeluftkühlers nach den 1 und 2, 3 a schematic representation of the flow and flow conditions of the discs of the intercooler after the 1 and 2 .

4 einen Ladeluftkühler ähnlich 1, jedoch mit einer aus Kunststoff oder aus einem Metallguß hergestellten Haube für die Führung der Ladeluft anstelle einer Blechhaube nach 1, 4 similar to a charge air cooler 1 , but with a hood made of plastic or of a metal casting for the guidance of the charge air instead of a sheet metal hood after 1 .

5 den Ladeluftkühler der 4 in einer teilweisen Explosionsdarstellung, 5 the charge air cooler the 4 in a partially exploded view,

6 einen Ladeluftkühler nach der Erfindung, bei dem als Gehäuse für das Scheibenpaket eine unmittelbar im Saugrohr eines Motors vorgesehene Ausnehmung dient, und 6 a charge air cooler according to the invention, in which serves as a housing for the disk pack a directly provided in the intake manifold of a motor recess, and

7 das Saugrohr nach 6 während des Einbaus des Scheibenpakets nach der Erfindung. 7 the suction pipe after 6 during installation of the disc package according to the invention.

Die 1 bis 3 zeigen einen Ladeluftkühler, der aus einer Blechhaube 1 mit einem Zuführstutzen 2 für die in Richtung des Pfeiles 3 strömende Ladeluft besteht und der mit einem Abführstutzen 4 versehen ist, der über einen Umlenkabschnitt 5 die Ladeluft senkrecht zur Zuströmrichtung abführt. Die Blechhaube 1 ist an ihrer offenen Seite durch eine Abschluß platte 6 verschlossen, die jeweils einen Zuführstutzen 7 und einen Abführstutzen 8 für ein Kühlmittel aufweist, ebenfalls aus Blech besteht und mit der Blechhaube 1 über einen umlaufenden Rand 9 verlötet ist, der mit einem korrespondierenden umlaufenden Rand 9a mit der Blechhaube 1 zusammenpaßt.The 1 to 3 show a charge air cooler, made of a sheet metal hood 1 with a feeder 2 for those in the direction of the arrow 3 flowing charge air exists and that with a discharge nozzle 4 is provided, which has a deflection section 5 discharges the charge air perpendicular to the inflow direction. The sheet metal hood 1 is at its open side by a conclusion plate 6 closed, each with a feed pipe 7 and a discharge nozzle 8th for a coolant, also made of sheet metal and with the sheet metal hood 1 over a circumferential edge 9 is soldered, with a corresponding peripheral edge 9a with the tin hood 1 matches.

Die 2 läßt erkennen, daß die Abschlußplatte 6 vor dem Zusammenbau mit der Haube 1 mit einem Paket 10, bestehend aus parallel zueinander angeordneten und aufeinander im Abstand zueinander geschichten Scheiben 11, verlötet wird. In die Zwischenräume zwischen die einzelnen Scheiben 11 sind dabei aus wellenförmig gestalteten Rippen aufgebaute Lamellen 12 eingesetzt, und die einzelnen Scheiben 11 sind auf einer ihrer Schmalseiten – auf der Seite 11a in 3 – jeweils mit Verbindungsstutzen 13 und 14 versehen. Die Stutzen 13 münden dabei in den Abflußstutzen 8, die Stutzen 14 in den Zuflußstutzen 7, der durch die Abflußplatte 6 nach unten ragt. Das durch den Anschlußstutzen 7 zugeführte Kühlmittel, das im Sinn des Pfeiles 15 zuströmt, tritt durch die Verbindungsstutzen 14 jeweils in den Innenraum einer jeden der Scheibenpaare 11 ein und strömt im Innenraum dieser Scheiben, der mit einer Trennwand 16 zwischen den Verbindungsstutzen 13 und 14 versehen ist, die aber nicht bis zu dem der Schmalseite 11a gegenüberliegenden Ende der Scheiben 11 reicht, im Sinn der Pfeile 17 U-förmig durch den Innenraum jeder der Scheiben 11, um dann durch die Stutzen 13 und den Abflußstutzen 8 im Sinn des Pfeiles 18 wieder auszutreten.The 2 indicates that the end plate 6 before assembly with the hood 1 with a package 10 consisting of disks arranged parallel to one another and stacked at a distance from one another 11 , is soldered. In the spaces between the individual discs 11 are lamellae made up of wavy ribs 12 used, and the individual discs 11 are on one of their narrow sides - on the page 11a in 3 - each with connection piece 13 and 14 Mistake. The pillars 13 open into the outlet connection 8th , the pillars 14 in the tributary 7 passing through the drainage plate 6 protrudes downwards. The through the connecting piece 7 supplied coolant, in the direction of the arrow 15 flows in, enters through the connecting piece 14 each in the interior of each of the pairs of discs 11 and flows in the interior of these discs, which with a partition 16 between the connecting pieces 13 and 14 is provided, but not up to the narrow side 11a opposite end of the discs 11 is enough, in the sense of the arrows 17 U-shaped through the interior of each of the panes 11 , then through the nozzle 13 and the spout 8th in the sense of the arrow 18 resign.

Die durch den Anschluß 2 in das von der Haube 1 gebildete Gehäuse eintretende Ladeluft verläuft quer zu dieser U-förmigen Strömung des Kühlmittels. Beim Ausführungsbeispiel der 1 bis 3 strömt die Ladeluft im Sinn der Pfeile 19 durch die Lamellen 12 so, daß sie zuerst an dem gerade in die Scheibenpaare 11 eingetretenen Kühlmittelstrom, d.h. also an dem kühleren Arm der durch die Scheiben 11 geführten Kühlmittelströmung Wärme abgibt. Diese Anordnung kann dann gewählt werden, wenn man Kavitation innerhalb der Scheiben 11 aufgrund der anströmenden heißen Ladeluft verhindern und daher den Auftreffbereich der Ladeluft so kühl wie möglich halten will. Thermodynamisch günstiger ist es, die Ladeluft entgegengesetzt zu den Pfeilen 19 durch die Scheiben 11 strömen zu lassen, so daß die normalerweise beim Gegenstromverfahren herrschenden Temperaturdifferenzen wirken. Entscheidend ist, daß ein kompakter Ladeluftkühler durch die gehäuseartige Umschließung des Scheibenpaketes 10 gebildet ist, der zum einen eine kompakte Bauweise ermöglicht, die den Einsatz des Ladeluftkühlers auch bei räumlich beengten Verhältnissen ermöglicht, zum anderen aber auch für eine intensive Durchströmung des Scheibenpakets und damit für einen guten Wärmeübergang sorgt. Natürlich wäre es auch möglich, innerhalb der Scheiben eine mehrfache, aber immer ungerade Anzahl von Umlenkungen für das durchströmende Kühlmittel vorzusehen.The through the connection 2 in the hood 1 formed housing entering charge air runs transversely to this U-shaped flow of the coolant. In the embodiment of 1 to 3 the charge air flows in the direction of the arrows 19 through the slats 12 so that they first at the just in the pairs of discs 11 occurred coolant flow, that is, on the cooler arm through the discs 11 guided coolant flow gives off heat. This arrangement can then be chosen when cavitation within the slices 11 prevent due to the inflowing hot charge air and therefore wants to keep the impact area of the charge air as cool as possible. Thermodynamically cheaper, it is the charge air opposite to the arrows 19 through the discs 11 to flow, so that the normally prevail in countercurrent process temperature differences act. It is crucial that a compact intercooler through the housing-like enclosure of the disk package 10 is formed, on the one hand allows a compact design, which allows the use of the intercooler even in confined spaces, but on the other hand also ensures an intensive flow through the disk pack and thus for a good heat transfer. Of course, it would also be possible to provide a multiple, but always odd number of deflections for the coolant flowing through within the discs.

Die 4 und 5 zeigen, daß das Scheibenpaket 10 hier in eine Haube 20 aus Kunststoff oder aus einem Metallguß eingesetzt ist. Aus Gründen der Übersichtlichkeit wurden hier die Bezugszeichen für die Zu- und Abflußstutzen der Ladeluft und des Kühlmittels in der Form beibehalten, wie sie bei der Ausführungsform der 1 bis 3 verwendet worden sind.The 4 and 5 show that the disc package 10 here in a hood 20 made of plastic or a metal casting is used. For clarity, the reference numerals for the inlet and outlet nozzles of the charge air and the coolant were maintained in the form, as in the embodiment of the 1 to 3 have been used.

In den 4 und 5 ist neben der Ausgestaltung der Haube 20 auch noch gezeigt, daß die Abschlußplatte des Scheibenpaketes 10 mit einem Rand 9' versehen ist, der für eine Schlitzbördelung gedacht ist. Die Haube 20 weist einen umlaufenden, nach außen abstehenden Rand 9a' auf, der bei dieser Ausführungsform – in an sich bekannter Weise – in die vom Schlitzbördelrand 9' gebildete umlaufende Rinne 21 eingesetzt wird, so daß dann der oberhalb der Schlitze 22 liegende Bereich des Randes 9' nach innen gedrückt wird und so die Befestigung der Haube 20 mit dem Scheibenpaket 10 erreicht wird.In the 4 and 5 is next to the design of the hood 20 also shown that the end plate of the disk package 10 with a border 9 ' is provided, which is intended for a Schlitzbördelung. The hood 20 has a circumferential, outwardly projecting edge 9a ' in the case of this embodiment - in a manner known per se - in the of the Schlitzbördelrand 9 ' formed circumferential gutter 21 is used, so that then the above the slots 22 lying area of the edge 9 ' pressed inwards and so attaching the hood 20 with the disc package 10 is reached.

Die 6 und 7 zeigen eine weitere Ausführungsform eines Ladeluftkühlers nach der Erfindung, bei der das Scheibenpaket 10 auch mit einer oberen Abschlußplatte 6 – Bezeichnung wie beim Ausführungsbeispiel der 1 bis 3 – versehen ist. Diese Abschlußplatte 6 dient hier als Deckel für eine Ausnehmung 23, die unmittelbar vor den Ansaugstutzen 24 eines nicht näher gezeigten Kraftfahrzeugmotors im Saugrohr 25 des Motors angeordnet ist. Das Gehäuse für das Scheibenpaket 10 wird daher von dieser Ausnehmung 23 im Saugrohr 25 gebildet, und dieses Gehäuse steht über den Einlaßstutzen 2' und den durch die Einlässe 24 gebildeten Auslaßstutzen 4' als Strömungsraum für die im Sinn des Pfeiles 19 durchströmende Ladeluft zur Verfügung. Auch hier ist der umlaufende Rand 9' der Abschlußplatte 6' als Schlitzbördelrand 9'' ausgebildet, der um den umlaufenden Rand 9a'' der Ausnehmung 23 zur Befestigung des Scheibenpaketes 10 und der Abschlußplatte 6' herumgelegt wird. Diese Ausführungsform ist äußerst Platz sparend, und sie weist den Vorteil auf, daß die Ladeluft kurz vor ihrem Eintritt in den Motor entsprechend gekühlt werden kann.The 6 and 7 show a further embodiment of a charge air cooler according to the invention, in which the disc package 10 also with an upper end plate 6 - Name as in the embodiment of 1 to 3 - is provided. This end plate 6 serves as a lid for a recess 23 that is just in front of the intake manifold 24 a motor vehicle engine not shown in detail in the intake manifold 25 of the engine is arranged. The housing for the disc package 10 is therefore from this recess 23 in the intake manifold 25 formed, and this housing is above the inlet port 2 ' and through the inlets 24 formed outlet 4 ' as a flow space for those in the direction of the arrow 19 flowing charge air available. Again, the circumferential edge 9 ' the end plate 6 ' as Schlitzbördelrand 9 '' formed around the perimeter 9a '' the recess 23 for fixing the disc package 10 and the end plate 6 ' is laid around. This embodiment is extremely space-saving, and it has the advantage that the charge air can be cooled accordingly shortly before it enters the engine.

Claims (6)

Wärmeübertrager, insbesondere Ladeluftkühler mit vom Kühlmittel durchströmten Scheiben, die parallel zueinander ausgerichtet und zu einem mit an einer Endplatte angeordneten Zu- und Abflußstutzen versehenen Paket zusammengefaßt sind, wobei die einzelnen Scheiben mit Verbindungsstutzen versehen sind, die in die Zu- beziehungsweise Abflußstutzen münden, und mit ihren Wänden an Zwischenräume grenzen, die von der Ladeluft durchströmt und mit Wellrippen ausgefüllt sind, wobei das von den Scheiben gebildete Paket in ein von der Ladeluft durchströmtes Gehäuse eingesetzt ist und die Abschlußplatte den Abschlußdeckel für das das Scheibenpaket auf fünf Seiten umgebende Gehäuse bildet.Heat exchanger, in particular intercooler with flowed through by the coolant discs, which are aligned parallel to one another and combined to form a provided with an end plate inlet and outlet nozzle package, wherein the individual discs are provided with connecting pieces, which open into the inlet and outlet nozzles, and border with their walls at intermediate spaces, which are flowed through by the charge air and filled with corrugated ribs, wherein the package formed by the discs used in a flowed through by the charge air housing is and the end plate forms the end cover for the disc package on five sides surrounding housing. Wärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlüsse (7, 8) für das Kühlmittel beide auf einer Seite (11a) der Scheiben (11) vorgesehen sind und der Innenraum jeder Scheibe von den Anschlüssen ausgehend mit einer längs verlaufenden, aber nicht bis zum Ende durchgehenden Trennwand (16) versehen und vom Kühlmittel mit einer oder einer ungeraden Anzahl von Umlenkungen durchflossen ist.Heat exchanger according to claim 1, characterized in that the connections ( 7 . 8th ) for the coolant both on one side ( 11a ) of the discs ( 11 ) are provided and the interior of each disc from the terminals starting with a longitudinal, but not to the end continuous partition ( 16 ) is provided and flows through the coolant with one or an odd number of deflections. Wärmeübertrager nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zu- und Abführöffnungen (2, 4, 2', 4') für die Ladeluft so angeordnet sind, daß die Ladeluftströmung quer zur Kühlmittelströmung verläuft.Heat exchanger according to claim 2, characterized in that the supply and discharge openings ( 2 . 4 . 2 ' . 4 ' ) are arranged for the charge air so that the charge air flow is transverse to the coolant flow. Wärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1) als eine Blechhaube (1) ausgebildet ist.Heat exchanger according to claim 1, characterized in that the housing ( 1 ) as a sheet metal hood ( 1 ) is trained. Wärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse eine aus Kunststoff oder aus einem Metallguß hergestellte Formhaube (20) ist.Heat exchanger according to claim 1, characterized in that the housing is made of a plastic or a metal casting mold hood ( 20 ). Wärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse als eine Ausnehmung (23) im Saugrohr (25) eines Kraftfahrzeugmotors ausgebildet ist.Heat exchanger according to claim 1, characterized in that the housing as a recess ( 23 ) in the intake manifold ( 25 ) is formed of a motor vehicle engine.
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