EP1687579A1 - Wärmeübertrager, insbesondere ladeluft-/kühlmittel-kühler - Google Patents

Wärmeübertrager, insbesondere ladeluft-/kühlmittel-kühler

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EP1687579A1
EP1687579A1 EP04797760A EP04797760A EP1687579A1 EP 1687579 A1 EP1687579 A1 EP 1687579A1 EP 04797760 A EP04797760 A EP 04797760A EP 04797760 A EP04797760 A EP 04797760A EP 1687579 A1 EP1687579 A1 EP 1687579A1
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EP
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heat exchanger
transfer medium
heat transfer
coolant
disks
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Florian Moldovan
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Behr GmbH and Co KG
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    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D9/00—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D9/0031—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one heat-exchange medium being formed by paired plates touching each other
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F28D21/00—Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
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    • F28D2021/008—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for for vehicles
    • F28D2021/0082—Charged air coolers

Definitions

  • Heat exchangers in particular charging / cooling coolers
  • the invention relates to a heat exchanger, in particular charge air / coolant cooler, in disk construction according to the preamble of claim 1.
  • a heat exchanger in particular a charge air / coolant cooler, is provided in a disk construction, with a plurality of
  • Disks with two adjacent disks creating a space define, which is flowed through by a heat transfer medium, and a heat transfer medium inlet and heat transfer medium outlet common to the disks, at least two
  • Heat transfer medium channels are provided for each heat transfer medium inlet and / or outlet.
  • the heat transfer medium channels are preferably formed by, in particular, aligned openings in the individual disks.
  • any other correspondingly constructed heat exchanger for example an oil cooler, can also be used.
  • a heat exchanger designed according to the invention enables a good distribution of the
  • Heat transfer medium over the surface of the individual disks which are relevant for heat transfer and which form the heat exchanger.
  • the uniform flow distribution reduces the boiling problem with heat exchangers used in such critical areas.
  • the distribution of the heat transfer medium is supported by an axially symmetrical configuration of the disks with respect to their longitudinal axis with respect to the heat transfer medium channels. If the disks are also axially symmetrical with respect to their transverse axis, assembly is simplified.
  • a single heat transfer medium inlet and / or a single heat transfer medium outlet is preferably provided which has a branching or merging. This enables a relatively simple structure with improved heat transfer due to the better flow distribution.
  • the branching and / or the junction are preferably designed in the form of a circular arc, so that a space-saving construction around the bolts or the like holding the individual disks is possible.
  • kink In the region of the branching and / or the junction, viewed in the direction of flow, there is preferably a kink of 30 ° to 90 °, the forked part of the branching or junction being aligned parallel to the disks.
  • the heat transfer medium inlet that passes into two heat transfer medium channels after the branching preferably runs parallel to the heat transfer medium channels, while the two-part part of the branching is preferably arranged in a plane lying perpendicular to this.
  • the heat exchanger medium outlet passing from two heat exchanger medium ducts into the junction preferably runs parallel to the heat exchanger medium ducts, while the two-part part of the branching is preferably arranged in a plane lying perpendicular to this. This enables a compact and space-saving construction of the heat exchanger.
  • the feed can also be carried out by means of two individual, separately formed tubes which are connected to one another via a Y-shaped connecting piece.
  • Such a heat exchanger is preferably used as a charge air / coolant cooler for cooling the charge air.
  • a mixture with water and glycol is preferably used as the heat transfer medium (coolant).
  • FIG. 1 is a schematic exploded perspective view of a charge air / coolant cooler in a disc design according to the embodiment
  • FIG. 2 is a perspective view of the charge air / coolant cooler of FIG. 1,
  • Fig. 3 is a section through the charge air / coolant cooler of Fig. 1 along line HI-HI in Fig. 4, and
  • FIG. 4 shows a section through the charge air / coolant cooler from FIG. 1 along line IV-IV in FIG. 3.
  • a charge air / coolant cooler 1 serving as a heat exchanger between charge air and coolant has a plurality of coolant disks 2 stacked on top of one another.
  • two inlet openings 3 and two outlet openings 4 are provided in each coolant disk 2, through which coolant is supplied as a heat transfer medium to the intermediate spaces of the coolant disks 2 or is removed therefrom.
  • the direction of flow is illustrated in the figures by arrows. After entering through the inlet openings 3, the coolant spreads over the entire width of the interstices of the coolant disks 2 and flows evenly in the direction of the outlet openings 4 (see FIG.
  • the openings 3 and 4 of the stacked coolant disks 2 form coolant channels 5 and 6.
  • the areas of the openings 3 and 4 are formed correspondingly raised, so that there is sufficient space for the charge air to flow between the coolant disks 2 and can be cooled.
  • the two coolant channels 5 begin - seen in the flow direction of the coolant - at a branch 7, which has an arcuate fork 8 and a coolant inlet 9 arranged centrally in the circular arc thereof and arranged parallel to the coolant channels 5.
  • the coolant supplied through the coolant inlet 9 is divided evenly between the two coolant channels 5.
  • the exit is designed according to the entry.
  • the two coolant channels 6 end with a junction 10 which is designed in accordance with the branch 7 and has a coolant outlet 11.
  • Coolant cooler Coolant disk Inlet opening
  • Coolant channel Coolant channel branching Fork Coolant inlet Merging coolant outlet

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Description

Wärmeübertrager, insbesondere Lade[uft-/Kühlmϊttel-Kühier
Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager, insbesondere Ladeluft- /Kühlmittel-Kühler, in Scheibenbauweise gemäß dem Oberbegriff des An- spruchs 1.
Bei herkömmlichen Ladeluft-/Kühlmittel-Kühlem in Scheibenbauweise wird die Ladeluft und das Kühlmittel über je einen einzigen Stutzen in die Kühlmittelscheiben eingebracht. Ein derartiger Ladeluft-/Kühlmittel-Kühler lässt insbesondere in Hinblick auf die Kühlleistung noch Wünsche offen.
Es ist Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten Wärmeübertrager zur Verfügung zu stellen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Wärmeübertrager mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Erfindungsgemäß ist ein Wärmeübertrager, insbesondere ein Ladeluft- /Kühlmittel-Kühler, in Scheibenbauweise vorgesehen, mit einer Mehrzahl von
Scheiben, wobei zwei benachbarte Scheiben einen Zwischenraum definieren, der von einem Wärmeübertragermedium durchströmt ist, und je einem für die Scheiben gemeinsamen Wärmeübertragermedium-Eintritt und Wärmeübertragermedium-Austritt, wobei mindestens zwei
Wärmeübertragermedium-Kanäle je Wärmeübertragermedium-Ein- und/oder -Austritt vorgesehen sind. Die Wärmeübertragermedium-Kanäle werden dabei vorzugsweise durch insbesondere miteinander fluchtende Durchbrüche in den einzelnen Scheiben gebildet.
Anstelle eines Ladeluft-/Kühlmittel-Kühlers kann auch ein beliebiger anderer entsprechend aufgebauter Wärmeübertrager, beispielsweise ein Ölkühler, verwendet werden. Ein derartiger, erfindungsgemäß ausgebildeter Wärmeübertrager ermöglicht eine gute Verteilung des
Wärmeübertragermediums über die für die Wärmeübertragung relevante Fläche der einzelnen Scheiben, welche den Wärmeübertrager bilden. Durch die gleichmäßige Strömungsverteilung verringert sich die Siedeproblematik bei in derart kritischen Bereichen eingesetzten Wärmeübertragern.
Durch eine hinsichtlich der Wärmeübertragermedium-Kanäle achssymmetrische Ausgestaltung der Scheiben bezüglich ihrer Längsachse wird die Verteilung des Wärmeübertragermediums unterstützt. Sind die Scheiben ferner achssymmetrisch bezüglich ihrer Querachse ausgebildet, so vereinfacht sich die Montage.
Bevorzugt ist ein einziger Wärmeübertragermedium-Eintritt und/oder ein ein- ziger Wärmeübertragermedium-Austritt vorgesehen, der eine Verzweigung bzw. Zusammenführung aufweist. Dies ermöglicht einen relativ einfachen Aufbau bei verbessertem Wärmeübergang auf Grund der besseren Strömungsverteilung. Die Verzweigung und/oder die Zusammenführung sind vorzugsweise kreisbogenförmig ausgebildet, so dass ein raumsparender Aufbau um die die einzelnen Scheiben zusammenhaltenden Bolzen o.a. möglich ist.
Im Bereich der Verzweigung und/oder der Zusammenführung ist - in Strömungsrichtung gesehen - bevorzugt einen Knick von 30° bis 90° vorgesehen, wobei der gegabelte Teil der Verzweigung bzw. Zusammenführung parallel zu den Scheiben ausgerichtet ist.
Der in zwei Wärmeübertragermedium-Kanäle nach der Verzweigung übergehende Wärmeübertragermedium-Eintritt verläuft bevorzugt parallel zu den Wärmeübertragermedium-Kanälen, während der zweiteilige Teil der Verzweigung bevorzugt in einer senkrecht hierzu liegenden Ebene angeordnet ist. Der aus zwei Wärmeübertragermedium-Kanälen in die Zusammenführung übergehende Wärmeübertragermedium-Austritt verläuft bevorzugt parallel zu den Wärmeübertragermedium-Kanälen, während der zweiteilige Teil der Verzweigung bevorzugt in einer senkrecht hierzu liegenden Ebene angeordnet ist. Dies ermöglicht einen kompakten und raumsparenden Aufbau des Wärmeübertragers. Alternativ kann die Zuführung auch mittels zweier einzelner, getrennt ausgebildeter Rohre erfolgen, die über ein Y-förmiges Verbindungsstück miteinander verbunden sind.
Bevorzugt wird ein derartiger Wärmeübertrager als Ladeluft-/Kühlmittel- Kühler zur Kühlung der Ladeluft verwendet. Hierbei wird vorzugsweise ein Gemisch mit Wasser und Glykol als Wärmeübertragermedium (Kühlmittel) verwendet.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung im Einzelnen erläutert. In der Zeichnung zeigen: Fig. 1 eine schematisierte perspektivische Explosionsdarstellung eines Ladeluft-/Kühlmittel-Kühlers in Scheibenbauweise gemäß dem Ausführungsbeispiel,
Fig. 2 eine perspektivische Darstellung des Ladeluft-/Kühlmittel- Kühlers von Fig. 1 ,
Fig. 3 einen Schnitt durch den Ladeluft-/Kühlmittel-Kühler von Fig. 1 entlang Linie HI-HI in Fig. 4, und
Fig. 4 einen Schnitt durch den Ladeluft-/Kühlmittel-Kühler von Fig. 1 entlang Linie IV-IV in Fig. 3.
Ein als Wärmeübertrager zwischen Ladeluft und Kühlmittel dienender Lade- luft-/Kühlmittel-Kühler 1 weist eine Mehrzahl von aufeinandergestapelten Kühlmittel-Scheiben 2 auf. Hierbei sind in jeder Kühlmittel-Scheibe 2 je zwei Eintrittsöffnungen 3 und zwei Austrittsöffnungen 4 vorgesehen, durch die als Wärmeübertragermedium Kühlmittel den Zwischenräumen der Kühlmittel- Scheiben 2 zugeführt bzw. von ihm abgeführt wird. Die Strömungsrichtung ist in den Figuren durch Pfeile verdeutlicht. Dabei verbreitet sich das Kühlmittel nach dem Eintritt durch die Eintrittsöffnungen 3 über die gesamte Breite der Zwischenräume der Kühlmittel-Scheiben 2 und strömt gleichmäßig in Richtung der Austrittsöffnungen 4 (siehe Fig. 3), so dass die gesamte Länge und Breite der Zwischenräume zwischen den Ein- und Austrittsöffnungen 3 und 4 gleichmäßig durchströmt wird und ein optimaler Wärmeübergang von der zu kühlenden Ladeluft, die zwischen den einzelnen Kühlmittel-Scheiben 2 den Ladeluft-/Kühlmittel-Kühler 1 durchströmt, erfolgen kann. Die Offnungen 3 und 4 der aufeinandergestapelten Kühlmittel-Scheiben 2 bilden Kühlmittel-Kanäle 5 und 6. Hierfür sind die Bereiche der Öffnungen 3 und 4 entsprechend erhaben ausgebildet, so dass ausreichend Zwischenraum vorhanden ist, damit die Ladeluft zwischen den Kühlmittel-Scheiben 2 durchströmen und gekühlt werden kann.
Die beiden Kühlmittel-Kanäle 5 beginnen - in Strömungsrichtung des Kühlmittels gesehen - an einer Verzweigung 7, die eine kreisbogenförmige Gabelung 8 und einen zentral im Kreisbogen derselben angeordneten, parallel zu den Kühlmittel-Kanälen 5 angeordneten Kühlmittel-Eintritt 9 aufweist. So wird das durch den Kühlmittel-Eintritt 9 zugeführte Kühlmittel gleichmäßig auf die beiden Kühlmittel-Kanäle 5 aufgeteilt.
Entsprechend dem Eintritt ist der Austritt ausgebildet. So enden die beiden Kühlmittel-Kanäle 6 mit einer Zusammenführung 10, die entsprechend der Verzweigung 7 ausgebildet ist und einen Kühlmittel-Austritt 11 aufweist.
Bezugszeichenliste
Ladeluft-VKühlmittel-Kühler Kühlmittel-Scheibe Eintrittsöffnung Austrittsöffnung Kühlmittel-Kanal Kühlmittel-Kanal Verzweigung Gabelung Kühlmittel-Eintritt Zusammenführung Kühlmittel-Austritt

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Wärmeübertrager, insbesondere Ladeluft-/Kühlmittel-Kühler (1), in Scheibenbauweise mit einer Mehrzahl von Scheiben (2), wobei zwei benachbarte Scheiben (2) einen Zwischenraum definieren, der von einem Wärmeübertragermedium durchströmt ist, und je einem Wärmeübertragermedium-Eintritt (9) und Wärmeübertragermedium-Austritt (11), dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Wärmeübertragermedium-Kanäle (5, 6) je Wärmeübertragermedium-Ein- und/oder - Austritt (9 bzw. 11 ) vorgesehen sind.
2. Wärmeübertrager nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeübertragermedium-Kanäle (5, 6) senkrecht zur Ebene der Scheiben (2) verlaufen.
3. Wärmeübertrager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheiben (2) hinsichtlich der Wärmeübertragermedium-Kanäle (5, 6) achssymmetrisch bezüglich ihrer Längsachse ausgebildet sind.
4. Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Scheiben (2) hinsichtlich der Wärmeübertragermedium-Kanäle (5, 6) achssymmetrisch bezüglich ihrer Querach- se ausgebildet sind.
5. Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeübertragermedium-Eintritt (9) und/oder der Wärmeübertragermedium-Austritt (11 ) eine Verzweigung (7) bzw. Zusammenführung (10) aufweist.
6. Wärmeübertrager nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzweigung und/oder Zusammenführung (7 bzw. 10) kreisbogenförmig ausgebildet ist.
7. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Verzweigung (7) und/oder der Zusammenführung (10) in Strömungsrichtung gesehen ein Knick von 30° bis 90° vorgesehen ist.
8. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der in zwei Wärmeübertragermedium-Kanäle (5) nach der Verzeigung (7) übergehende Wärmeübertragermedium-Eintritt (9) parallel zu den Wärmeübertragermedium-Kanälen (5) verläuft, während der zweiteilige Teil der Verzweigung (7) in einer senkrecht hierzu lie- genden Ebene angeordnet ist.
9. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der aus zwei Wärmeübertragermedium-Kanälen (6) in die Zusammenführung (10) übergehende Wärmeübertragermedium- Austritt (11 ) parallel zu den Wärmeübertragermedium-Kanälen (6) verläuft, während der zweiteilige Teil der Verzweigung (7) in einer senkrecht hierzu liegenden Ebene angeordnet ist.
10. Verwendung eines Wärmeübertragers gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 als Ladeluft-/Kühlmittel-Kühler (1 ) oder Ölkühler.
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