EP2256450A2 - Wärmeübertrager - Google Patents

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EP2256450A2
EP2256450A2 EP10163591A EP10163591A EP2256450A2 EP 2256450 A2 EP2256450 A2 EP 2256450A2 EP 10163591 A EP10163591 A EP 10163591A EP 10163591 A EP10163591 A EP 10163591A EP 2256450 A2 EP2256450 A2 EP 2256450A2
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EP
European Patent Office
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collector
heat exchanger
exchanger according
outlet
condensate
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EP10163591A
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English (en)
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EP2256450A3 (de
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Peter Geskes
Christian Saumweber
Hans-Ulrich Steurer
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Mahle Behr GmbH and Co KG
Original Assignee
Behr GmbH and Co KG
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Publication of EP2256450A3 publication Critical patent/EP2256450A3/de
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Definitions

  • the invention relates to a heat exchanger, in particular charge air cooler or exhaust gas cooler for an internal combustion engine, according to the preamble of claim 1.
  • the inventive provision of the at least one structure for interaction with the gas stream accumulated condensate can be introduced in vaporized or aerosol-atomized form in the gas flow in the region of the outlet side collector, so that the condensate is removed through the outlet and not in disturbing amount in the Heat exchanger accumulates.
  • Such an arrangement is particularly suitable for a charge air cooler of an internal combustion engine.
  • larger amounts of condensate can be produced when cooling charge air.
  • cooling exhaust gas in an exhaust gas cooler condensate also accumulates depending on the operating conditions. Under a gas flow in the context of the invention, both pure charge air, an exhaust gas-air mixture or pure exhaust gas to understand.
  • the structure comprises a projection of the tubes into the collector.
  • the tubes terminate flush with, for example, a bottom plate of the collector.
  • the tubes protrude through the bottom piece into the collector, so that the edge of the tube is exposed to a gas flow and distributing condensate accumulated in the tube into fine droplets at the edge of the tube is favored.
  • the structure comprises a module of an exit-side edge of at least one of the tubes, so that atomization of the condensate propelled by the gas flow in the tubes is improved at the edge of the tube.
  • the modulation of the edge in a bend of the edge persist.
  • By bending the trailing edge of the flow cross section for the gas stream is reduced, so that locally forms an increased flow velocity, which improves the atomization of the vondensatfilmes.
  • the pipe edge may have a corrugation, for example in the manner of battlements, prongs or sinusoidal waves. Such a corrugation generally improves the atomization of the condensate at the edge of the pipe.
  • the collector is formed as an elongated cavity, wherein a cross section of the collector increases over the region of the opening pipes in the direction of the gas flow. Since the volume flow increases along the collector due to the opening pipes, a comparison of the flow velocity of the gas over the length of the collector is achieved by the enlargement of the cross section. As a result, a condensate film on a wall of the collector can be driven continuously in the direction of the outlet, areas of unfavorably low flow velocity of the gas in the collector wall are avoided and overall the transport of the condensate to the outlet improved.
  • a wall of the collector opposite the pipes is inclined relative to a direction perpendicular to the pipes, whereby a grazing incidence of the gas flow on the wall and an optimal advancement of the condensate film, in particular against a gravitational effect, in the direction of the outlet is made possible ,
  • the structure comprises at least one guide element provided in the collector, wherein, in particular, the gas flow is guided in a grazing manner on a wall of the collector by means of the guide element.
  • the guide member is formed in a simple and cost-effective manner as a guide plate, in particular aluminum sheet metal part.
  • the guide member is formed as a guide vane, which is to be understood by a shaped part of non-constant diameter. Such a vane can, for. B. be formed as a plastic injection molded part.
  • the collector has a sump for the condensate, wherein the structure is formed as at least one provided in the region of the sump spoiler edge, In this way, the amount of condensate collected in the sump is sputtered to a greater extent by the gas flowing over the trailing edge gas stream and dissipated.
  • a spoiler edge can lead over an entire width of the box, be interrupted several times to generate turbulence, or have other detailed designs.
  • several demolition edges can be provided.
  • the collector has a sump for the condensate, the structure comprising a condensate channel leading from the sump to the outlet, the outlet end of which is swept by the gas stream. This creates a reduced static pressure in the region of the condensate channel outlet, through which the condensate is sucked out of the sump.
  • a section of the condensate channel is designed as a line integrated on the outside or inside, separate or integrated into a wall of the collector. Furthermore, it can be provided depending on the requirements that immediately above the sump a jam member for influencing a pressure in the Area of the sump is provided, whereby the delivery height is further improved in the condensate channel.
  • the manhole member is integrated in a simple and cost-effective manner with a wall of the condensate channel.
  • a nozzle-like cross-sectional constriction of the outlet is provided in the region of the outlet end of the condensate channel, whereby the flow velocity of the gas stream increases and the suction effect is improved on the condensate channel.
  • a turbulence member is used in the tubes, the turbulence member having a projection over the end of the tube and protruding into the collector.
  • an inner rib such as a rib
  • cassette it with a bottom piece. Due to the simple and cost-effective measure of the overlap of the inner rib used, such a projection can take place via the pipe end into the output-side collector.
  • the condensate accumulating on the inner wall of the flat tube is driven onto the turbulence member, which generally has a large surface area, where it is atomised to droplets by the gas stream present in the collector region and / or vaporized.
  • the supernatant of the turbulence member is provided with a curvature, in particular in the direction of the outlet. hereby the atomization of the condensate can be further improved and an equalization of the gas flow in the collector is achieved.
  • the weighed supernatants of the turbulence members may perform the same or similar function as a guide member to affect the gas flow in the collector, such as to enhance promotion of a condensate film on a collector wall toward the outlet.
  • the collector extends substantially in the direction of gravity, wherein the tubes extend substantially horizontally.
  • Such a design is frequently desired, in particular for use in motor vehicles, with the measures according to the invention for improving the removal of condensate being particularly heficient.
  • a designed as intercooler heat exchanger according to the prior art ( Fig. 1 ) comprises an inlet-side header 1 with an inlet 1a, an outlet-side header 2 with an outlet 2a, and a plurality of tubes 3 extending horizontally between the header 1, 2 in the form of aluminum flat tubes.
  • the tubes 3 are received in trays 4 of the collector and terminate flush with them.
  • ribs 5 are provided, which are flowed through by cooling air (perpendicular to the plane of the drawing).
  • cooling air perpendicular to the plane of the drawing.
  • the charge air cooler according to Fig. 1 it is a direct intercooler for cooling with wind.
  • an indirect intercooler or the like may be provided.
  • the gas stream flows from the inlet 1a through the inlet side collector 1, is distributed to the tubes 3, collected again in the outlet side header 2, and then flows to the outlet 2a.
  • condensate can occur, in particular on the insides of the tubes 3, which are primarily on the bottom of the outlet-side header. 2 collects.
  • a particularly large amount of condensate accumulates when the intercooler as in Fig. 2 in the context of an exhaust gas recirculation, for example, a low-pressure exhaust gas recirculation or a high-pressure Abgas WegGermanüng with feed upstream of the charge air cooler is used, or is passed through in another way by an exhaust gas / air mixture.
  • the illustrated gas guide comprises an internal combustion engine 6a, an exhaust gas turbine 6b, a particle filter 6c, an exhaust gas cooler 6d, a compressor 6e and a charge air cooler 6f according to the invention, in which a mixture of compressed fresh air and zu ceremoniem the exhaust gas is cooled.
  • the tubes 3, at least in the region of the output-side header 2 have a projection 7 beyond the base 4, with which they protrude into the collector 2 and the gas stream then present.
  • a projection 7 beyond the base 4 with which they protrude into the collector 2 and the gas stream then present.
  • a lower edge of the flat tube 3 is bent upward, thereby a nozzle-like cross-sectional constriction is achieved at the pipe end and the atomization further improved.
  • a further modification 7b both long edges of the end of the flat tube 3 are bent upwards, whereby on the one hand improves the atomization and on the other hand takes place a deflection of the gas flow in the direction of the outlet 2a.
  • At least the lower edge of the flat tube end is provided with a crenellated corrugation 7c in the present case, as a result of which a further improved atomization of the condensate arriving at the tube end is achieved.
  • the collector 2 is formed so that its flow cross-section, starting from a lower sump 2b in the direction of the outlet 2a continuously widens, so that a uniform flow velocity of the gas in the collector 2 is achieved due to the successive opening pipes 3, this is the pipes 3 opposite legende wall 8 of the collector 2 with respect to a vertical to the tubes 3 and the plane of the bottom 4 inclined formed.
  • This has the additional advantageous effect that the Gas stream strikes over the entire length of the wall 2 grazing, so that a formed on the wall 2 condensate film better in the direction of the outlet 2 a, in particular against gravity, is transported.
  • each guide members 9, 10 are arranged in the collector 2.
  • the guide members 9 are formed as curved baffles that amplify the emerging from the tubes 3 gas stream on the opposite leg laying wall 8 of the collector 2.
  • a condensate film located on the wall 8 is transported improved to the outlet 2a.
  • the guide vanes 10 according to Fig. 6 is also achieved by the formation of the guide vanes 10, a constriction 10a between adjacent blades, so that for the gas flow in the collector 2 locally increases the flow velocity can be achieved.
  • the guide vanes 10 may be formed, for example, as plastic molded parts.
  • the guide members 9, 10 may be integrally formed with the collector, which may for example also be made of a polyamide as a plastic molded part, for example.
  • Fig. 7 In the case of a first detailed design 11a (see detailed illustration of the trailing edge in plan view) extend continuously over the entire width of the collector in the region of the sump 2b of the collector 2 and in the case of a second detail design 11b crenellated interruptions to further improving their function. Through these trailing edges, the condensate of the sump 2b can be atomized by means of the gas flow, so that condensate is removed from the sump by means of the gas stream improved.
  • Fig. 8 to Fig. 11 show in each case embodiments in which a condensate channel 12 is provided, which extends from the sump 2b to the outlet 2a.
  • An outlet-side end 12a of the condensate channel 12 is swept by the gas stream in the outlet 2a at a relatively high velocity, so that a negative pressure is generated in the condensate channel 12, by means of which the condensate is sucked out of the sump 2b into the outlet 2a.
  • the condensate channel can vary according to requirements Fig. 8 as an external line, in the present case in the form of a plugged-on pipe 13 hose 14, be formed. Alternatively, he can also according to Fig. 9 outside or according to Fig. 10 be formed integrally with the collector 2 inside the collector 2. Depending on the design of the collector, this can be done by sheets or integrated molding as a plastic casting or the like.
  • a jam member 15 is provided, through which the gas stream emerging from the tubes 3 in the lower collector area is dammed up so that an improved removal of the condensate through the condensate channel 12 is achieved by static pressure on the liquid surface of the sump 2b.
  • the suction effect in the outlet 2a at the end 12a of the condensate channel is improved by a nozzle-like cross-sectional constriction 16 in the outlet 2a.
  • Fig. 12 shows a variant of in Fig. 11 shown condensate channel, in which the transport of the condensate is done mainly by the sputtering and entrainment of liquid droplets and the propelling a water film. If the level of the sump rises due to strong condensation, Thus, the increasing constriction between water level and Stauglied a higher flow velocity and increased condensate capture is achieved. If the level continues to rise and completely closes the cross-section, the further removal of condensate takes place as in Fig. 11 described.
  • Fig. 12 are the Stauglied 15 and a wall of the condensate channel 12 integrally formed as a sheet metal part. Depending on requirements, these elements can also consist of several components.
  • Fig. 13 shows an embodiment in which there is an integrated formation of Stauglied 15 and condensate channel 12 and to the further improvement of a spoiler lip 11 is provided in the region of the sump 2b.
  • the tear-off edge 11 forms part of the lower inlet of the condensate channel 12.
  • a cross-sectional constriction 16 in the region of the outlet 2a is provided.
  • a door bump member 17 in the form of an inserted and soldered inner rib, in the present case a rib ridge, is provided.
  • a projection 17 a of the rib ridge projects beyond the pipe end into the outlet-side collector 2.
  • the accumulating on the inner walls of the tubes 3 condensate is driven by the gas flow in the tubes to the tube end, from where it flows on the supernatant 17 a of the rib ridge where it is atomized by the gas stream and / or vaporized.
  • the projections 17a may also be bent (not shown), in particular in the direction of the outlet 2a, so that the projections 17a at the same time effects of guide members, in particular with effect according to the embodiments Fig. 5 and Fig. 6 , be achieved.
  • heat exchanger according to the invention is shown in all embodiments as a direct or Iuft designedströmter charge air cooler, any other designs are possible, especially as a direct or liquid-cooled charge air cooler or exhaust gas cooler.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager, insbesondere Ladeluftkühler oder Abgaskühler für einen Verbrennungsmotor, umfassend eine Mehrzahl von im Wesentlichen parallelen Rohren (3), und zumindest einen ausgangsseitigen Sammler (2), wobei die Rohre (3) jeweils in den ausgangsseitigen Sammler (2) münden, und wobei ein Gasstrom aus den Rohren (3) in den Sammler (2) und aus dem Sammler (2) in einen Auslass (2a) des Sammlers strömt, wobei an zumindest einem von beiden, Rohre (3) oder Sammler (2), eine Struktur (7, 7a, 7b, 7c, 8, 9, 10, 11, 12, 15, 16, 17a) zur Zusammenwirkung mit dem Gasstrom ausgebildet ist, wobei mittels der Struktur (7, 7a, 7b, 7c, 8, 9, 10, 11, 12, 15, 16, 17a) ein Transport eines Kondensats zu dem Auslass (2a) erfolgt.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager, insbesondere Ladelufkühler oder Abgaskühler für einen Verbrennungsmotor, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Aus der Praxis des Fahrzeugbaus sind Ladeluftkühler und Abgaskühler bekannt, bei denen das zu kühlende komprimiere Gas durch eine Mehrzahl von sich zwischen zwei Sammlern erstreckenden Tauscherrohren geleistet wird. Dabei fällt grundsätzlich durch die Kühlung des Gasstroms eine gewisse Menge an flüssigem Kondensat an. Eine große Kondensatmenge fällt bei Anordnungen wie einer Niederdruck-Abgasrückführung an, da der dem Ladeluftkühler zugeführte Gasstrom nicht nur aus reiner Luft, sondern aus einem Abgas-Luft-Gemisch besteht.
  • Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen Wärmeübertrager, insbesondere Ladeluftküler oder Abgaskühler für einen Verbrennungsmotor, anzugeben, bei dem besonders große Mengen von anfallendem Kondensat in zumindest aerosolartig verteilter Form durch den Gasstrom abgeführt werden.
  • Diese Aufgabe wird für einen eingangs genannten Wärmeübertrager erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Durch das erfindungsgemäße Vorsehen der zumindest einen Struktur zur Zusammenwirkung mit dem Gasstrom kann angefallenes Kondensat in verdampfter oder aerosolartig zerstäubter Form im Bereich des auslassseitigen Sammlers in den Gasstrom eingebracht werden, so dass das Kondensat durch den Auslass abtransportiert wird und sich nicht in störender Menge in dem Wärmeübertrager ansammelt. Besonders geeignet ist eine solche Anordnung für einen Ladeluftkühler eines Verbrennungsmotors. Allgemein und insbesondere in Verbindung mit einer Abgasrückführung können bei der Kühlung von Ladeluft größere Kondensatmengen anfallen. Bei der Kühlung von Abgas in einem Abgaskühler fällt je nach Betriebsbedingungen ebenfalls Kondensat an. Unter einem Gasstrom im Sinne der Erfindung ist sowohl reine Ladeluft, ein Abgas-Luft-Gemisch oder auch reines Abgas zu verstehen.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst die Struktur einen Überstand der Rohre in den Sammler. Nach dem Stand der Technik schließen die Rohre endseitig bündig mit zum Beispiel einem Bodenblech des Sammlers ab. Bei einem erfindungsgemäßen Überstand ragen die Rohre durch das Bodenstück hindurch in den Sammler hinein, so dass der Rand der Röhre einem Gasstrom ausgesetzt ist und ein Verteilen von in dem Rohr angefallenem Kondensat in feine Tröpfchen am Rand des Rohres begünstigt wird.
  • Bei einer alternativen oder ergänzenden Ausführungsform umfasst die Struktur eine Modullerung eines austrittsseitigen Randes zumindest eines der Rohre, so dass ein Zerstäuben des von dem Gasstrom in den Rohren vorangetriebenen Kondensats am Rand des Rohres verbessert ist. Bei einer ersten möglichen Detailgestaltung kann die Modulierung des Randes in einer Aufbiegung des Randes, wahlweise einer nur einseitigen oder auch zweiseitigen Aufbiegung, bestehen. Durch das Hochbiegen der Austrittskante wird der Strömungsquerschnitt für den Gasstrom verringert, so dass sich lokal eine erhöhte Strömungsgeschwindigkeit bildet, die das Zerstäuben des vondensatfilmes verbessert. Gleichzeitig kann bei geeigneter Richtung der Aufbiegung erreicht werden, dass der Gasstrom in Richtung des Auslasses des Sammlers gelenkt wird. Durch Autbiegung auch der anderen Austrittskante des meist als Flachrohr ausgeformten Rohres wird dieser Effekt verstärkt. Bei einer alternativen oder ergänzenden Detailgestaltung kann der Rohrrand eine Wellung aufweisen, zum Beispiel nach Art von Zinnen, Zacken oder sinusförmigen Wellen. Eine solche Wellung verbessert allgemein die Zerstäubung des Kondensats am Rohrrand.
  • Bei einer weiteren, alternativen oder ergänzenden Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Sammler als länglicher Hohlraum ausgebildet ist, wobei ein Querschnitt des Sammlers über den Bereich der einmündenden Rohre in Richtung des Gasstroms zunimmt. Da entlang des Sammlers der Volumenstrom auf Grund der ein mündenden Rohre zunimmt, wird durch die Vergrößerung des Querschnitts eine Vergleichmaßigung der Strömungsgeschwindigkeit des Gases über die Länge des Sammlers erreicht. Hierdurch kann ein Kondensatfilm auf einer Wand des Sammlers kontinuierlich in Richtung des Auslasses getrieben werden, Bereiche von ungünstig niedriger Strömungsgeschwindigkeit des Gases im Bereich der Sammlerwand werden vermieden und insgesamt der Transport des Kondensats zum Auslass verbessert. Bei einer bevorzugten Detailgestaltung ist dabei eine den Rohren gegenüber liegende Wand des Sammlers gegenüber einer zu den Rohren senkrechten Richtung geneigt, wodurch ein streifender Einfall des Gasstroms auf die Wandung und ein optimales Vorantreiben des Kondensatfilms, insbesondere entgegen einer Schwerkraftwirkung, in Richtung des Auslasses ermöglicht ist.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst die Struktur zumindest ein in dem Sammler vorgesehenes Leitglied, wobei insbesondere der Gasstroms mittels des Leitglieds streifend auf eine Wand des Sammlers geführt ist. Dadurch wird eine gleichmäßig hohe Strömungsgeschwindigkeit erreicht und ein Kondensatfilm auf der Sammlerwand in Richtung des Auslasses getrieben. Bei einer möglichen Detailgestaltung ist das Leitglied auf einfache und kostengünstige Weise als Leitblech, insbesondere Aluminium-Blechformteil ausgebildet. Alternativ oder ergänzend ist das Leitglied als Leitschaufel ausgebildet, worunter ein Formteil von nicht konstantem Durchmesser zu verstehen ist. Eine solche Leitschaufel kann z. B. als Kunststoff-Spritzgussteil ausgeformt sein. Durch das Vorsehen von Leitschaufeln sind gezielte Engstellen für den Gasstrom zur lokalen Beschleunigung vorsehbar.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung hat der Sammler einen Sumpf für das Kondensat, wobei die Struktur als zumindest eine im Bereich des Sumpfes vorgesehene Abrisskante ausgebildet ist, Hierdurch wird die in dem Sumpf gesammelte Kondensatmenge in stärkerem Maß durch den über die Abrisskante strömenden Gasstrom zerstäubt und abgeführt. Eine solche Abrisskante kann je nach Anforderungen über eine ganze Breite des Kastens führen, zur Erzeugung von Turbulenzen mehrmals unterbrochen sein oder sonstige Detailgestaltungen aufweisen. Je nach Anforderungen können auch mehrere Abrisskanten vorgesehen sein.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung hat der Sammler einen Sumpf für das Kondensat, wobei die Struktur einen von dem Sumpf zu dem Auslass führenden Kondensatkanal umfasst, dessen auslassseitiges Ende von dem Gasstrom überstrichen wird. Hierdurch entsteht im Bereich des Kondensatkanalaustritts ein erniedrigter statischer Druck, durch den das Kondensat aus dem Sumpf abgesaugt wird.
  • Bei eher möglichen Detailgestaltung ist dabei ein Abschnitt des Kondensatkanals als je nach Anforderungen außenseitige oder innenseitige, separate oder in eine Wand des Sammlers integrierte Leitung ausgebildet, Weiterhin kann es je nach Anforderungen vorgesehen sein, dass unmittelbar oberhalb des Sumpfes ein Stauglied zur Beeinflussung eines Drucks im Bereich des Sumpfes vorgesehen ist, wodurch die Förderhöhe im Kondensatkanal weiter verbessert wird. Bei einer besonders bevorzugten Detailgestaitung ist das Stauglied auf einfache und kostengünstige Weise integriert mit einer Wand des Kondensatkanals ausgebildet.
  • Bei einer weiteren möglichen Detallgestaltung ist im Bereich des auslassseitigen Endes des Kondensatkanals eine düsenartige Querschnittsverengung des Auslasses vorgesehen, wodurch die Strömungsgeschwindigkeit des Gasstroms erhöht und der Saugeffekt am Kondensatkanal verbessert wird.
  • Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist in den Rohren jeweils ein Turbulenzglied, bevorzugt aber nicht notwendig in Form einer Innenrippe, eingesetzt, wobei das Turbulenzelied einen Überstand über das Ende des Rohres aufweist und in den Sammler hineinragt. Zum Beispiel aus dem Bau von Ladeluftkühlern ist es bekannt, bei der Herstellung zunächst Aluminium-Hachrohre abzufangen, eine Innenrippe wie zum Beispiel eine Stegrippeeinzusteüken und dann mit einem Bodenstück zu kassettieren. Durch die einfache und kostengünstige Maßnahme der Überlange der eingesetzten Innenrippe kann ein solcher Überstand über das Rohrende in den ausgangsseitigen Sammler hinein erfolgen. Das an der Innenwand des Flachrohres anfallende Kondensat wird auf das meist eine große Oberfläche aufweisende Turbulenzglied getrieben, wo es durch den im Sammlerbereich vorhandenen Gasstrom zu Tröpfchen zerstäubt und/oder verdampft wird.
  • Bei einer möglichen Weiterbildung ist der Überstand des Turbulenzglieds mit einer Krümmung, insbesondere in Richtung des Auslasses, versehen. Hierdurch kann die Zerstäubung des Kondensats weiter verbessert werden und eine Vergleichmäßigung des Gasstroms im Sammler wird erreicht. Insofern können die gewogenen Überstände der Turbulenzglieder die gleiche oder ähnliche Funktion Übernehmen wie ein Leitglied zur Beeinflussung des Gasstroms im Sammler, etwa zur Verbesserung einer Förderung eines Kondensatfilms auf einer Sammlerwand in Richtung des Auslasses.
  • Allgemein bevorzugt ist es vorgesehen, dass der Sammler sich im Wesentlichen in Richtung der Schwerkraft erstreckt, wobei die Rohre sich im Wesentlichen waagerecht erstrecken. Eine solche Bauform ist häufig, insbesondere für den Einsatz in Kraftfahrzeugen, gewünscht, wobei die erfindungsgemäßen Maßnahmen zur Verbesserung der Kondensatabführung besonders hiffreich sind.
  • Es versteht sich, dass die Merkmale der einzelnen Ausführungsformen der Erfindung auf beliebige Weise je nach Anforderungen sinnvoll miteinander kombiniert werden können.
  • Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus dem nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie aus den abhängigen Ansprüchen.
  • Nachfolgend werden mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben und anhand der anlegenden Zeichnungen näher erläutert.
    • Fig. 1
    zeigt eine schematische Schnittansicht eines Wärmeübertragers in Form eines Ladeluftkühlers nach dem Stand der Technik.
    Fig. 2
    zeigt eine schematische Darstellung eines Verbrennungsmotors mit einer Niederdruck-Abgasrückfuhrung und einem erfindungs- gemäßen Wärmeübertrager als Ladelufkühler.
    Fig. 3
    zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Wärmeübertragers mit mehreren alternativen oder ergänzenden Abwandlungen.
    Fig. 4 bis
    Fig. 14 zeigen weitere erfindungsgemäße Ausführungsbeispie- le eines Wärmeübertragers.
  • Ein als Ladeluftkühler ausgebildeter Wärmeübertrager nach dem Stand der Technik (Fig. 1) umfasst einen eingangsseitigen Sammler 1 mit einem Einlass 1a, einen ausgangsseitigen Sammler 2 mit einem Auslass 2a sowie eine Mehrzahl von sich zwischen den Sammlern 1, 2 in waagerechter Richtung erstreckenden Rohren 3 in Form von Aluminium-Flachrohren. Die Rohre 3 sind in Böden 4 der Sammler aufgenommen und enden bündig mit diesen.
  • Zwischen den Flachrohren 3 sind Rippen 5 vorgesehen, die von kühlender Luft (senkrecht zur Zeichnungsebene) durchströmt werden. Bei dem Ladeluftkühler gemäß Fig. 1 handelt es sich um einen direkten Ladeluftkühler zur Kühlung mit Fahrtwind. Grundsätzlich kann auch ein indirekter Ladeluftkühler oder Ähnliches vorgesehen sein. Der Gasstrom strömt vom Einlass 1a durch den eingängsseitigon Sammler 1, wird auf die Rohre 3 verteilt, im ausgangsseitigen Sammler 2 wieder gesammelt und strömt dann zum Auslass 2a. Dabei kann insbesondere auf den Innenseiten der Rohre 3 Kondensat anfallen, das sich vornehmlich auf dem Grund des ausgangsseitigen Sammlers. 2 sammelt.
  • Eine besonders große Kondensatmenge fällt an, wenn der Ladeluftkühler wie in Fig. 2 im Rahmen einer Abgasrückführung, zum Beispiel einer Niederdruck-Abgasrückführung oder auch einer Hochdruck-Abgasrückführüng mit Einspeisung stromaufwärts des Ladeluftrühlers, eingesetzt wird oder auf eine andere Art und Weise von einem Abgas/Luft Gemisch durchströmt wird. Die dargestellte Gasführung umfasst einen Verbrennungsmotor 6a, eine Abgasturbine 6b, einen Partikelfilter 6c, einen Abgaskühler 6d, einen Verdichter 6e sowie einen erfindungsgemäßen Ladeluftkühler 6f, in dem ein Gemisch aus komprimierter Frischluft und zugesetziem Abgas gekühlt wird.
  • Beim ersten Ausführtingsbeispiel gemäß Fig. 3 ist es allgemein vorgesehen, dass die Rohre 3 zumindest im Bereich des ausgangsseitigen Sammlers 2 einen Überstand 7 über den Boden 4 hinaus aufweisen, mit dem sie in den Sammler 2 und den dann befindlichen Gasstrom hineinragen. Somit wird am Rand des Rohrendes eine verbesserte Zerstäubung des im Rohr 3 anfallenden Kondensats erzielt.
  • Bei einer ersten Abwandlung 7a (siehe Draufsicht auf ein Rohrende in Fig. 3) ist eine untere Kante des Flachrohres 3 nach oben gebogen, hierdurch wird eine düsenartige Querschnittsverengung am Rohrende erzielt und die Zerstäubung weiter verbessert. Bei einer weiteren Abwandlung 7b sind beide lange Kanten des Endes des Flachrohres 3 nach oben gebogen, wodurch zum einen die Zerstäubung verbessert und zum anderen eine Umlenkung des Gasstroms in Richtung des Auslasses 2a stattfindet.
  • Bei einer weiteren Detailgestaltung ist zumindest der untere Rand des Flachrohrendes mit einer vorliegend zinnenartigen Wellung 7c versehen, wodurch eine noch weiter verbesserte Zerstäubung des am Rohrende ankommenden Kondensats erzielt wird.
  • Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 ist der Sammler 2 so ausgeformt, dass sich sein Strömungsquerschnitt ausgehend von einem unteren Sumpf 2b in Richtung des Auslasses 2a kontinuierlich erweitert, so dass eine gleichmäßige Strömungsgeschwindigkeit des Gases im Sammler 2 auf Grund der sukzessive einmündenden Rohre 3 erreicht wird, Hierzu ist die den Rohren 3 gegenüber legende Wand 8 des Sammlers 2 gegenüber einer zu den Rohren 3 senkrechten beziehungsweise der Ebene des Bodens 4 geneigt ausgeformt. Dies hat den zusätzlich vorteilhaften Effekt, dass der Gasstrom über die gesamte Länge der Wand 2 streifender auftrifft, so dass ein auf der Wand 2 gebildeter Kondensatfilm besser in Richtung des Auslasses 2a, insbesondere entgegen der Schwerkraft, transportiert wird.
  • In den Ausführungsbeispielen nach Fig. 5 und nach Fig. 6 sind jeweils Leitglieder 9, 10 in dem Sammler 2 angeordnet. Im ersten Beispiel nach Fig. 5 sind die Leitglieder 9 als gebogene Leitbleche ausgebildet, die den aus den Rohren 3 austretenden Gasstrom verstärkt auf die gegenüber legende Wand 8 des Sammlers 2 leiten. Hierdurch wird ein auf der Wand 8 befindlicher Kondensatfilm verbessert zum Auslass 2a transportiert. Im Fall der Leitschaufeln 10 gemäß Fig. 6 wird durch die Ausformung der Leitschaufeln 10 zudem eine Verengung 10a zwischen benachbarten Schaufeln erreicht, so dass für den Gasstrom im Sammler 2 lokal Erhöhungen der Strömungsgeschwindigkeit erzielt werden. Bei geeigneter Auslegung lässt sich auch hierdurch eine weitere Verbesserung des Kondensattransports entlang der Wand 8 erreichen. Die Leitschaufeln 10 können zum Beispiel als Kunststoff-Formteile ausgebildet sein. Grundsätzlich können die Leitglieder 9, 10 integriert mit dem Sammler ausgeformt sein, der zum Beispiel ebenfalls als Kunststoff-Formteil zum Beispiel aus einem Polyamid bestehen kann.
  • Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 7 sind im Bereich des Sumpfes 2b des Sammlers 2 unterschiedlich geformte Abrisskanten 11 vorgesehen, die sich im Fall einer ersten Detailgestaltung 11a (siehe Detaildarstellung der Abrisskante in der Draufsicht) durchgehend über die gesamte Breite des Sammlers erstrecken und im Fall einer zweiten Detailgestaltung 11b zinnenartige Unterbrechungen zur weiteren Verbesserung ihrer Funktion aufweisen. Durch diese Abrisskanten kann das Kondensat des Sumpfes 2b mittels des Gasstroms zerstäubt werden, so dass Kondensat aus dem Sumpf mittels des Gasstroms verbessert entfernt wird.
  • Fig. 8 bis Fig. 11 zeigen jeweils Ausführungsbeispiele, bei denen ein Kondensatkanal 12 vorgesehen ist, der sich von dem Sumpf 2b bis zu dem Auslass 2a erstreckt. Ein auslassseitiges Ende 12a des Kondensatkanals 12 wird von dem Gasstrom im Auslass 2a mit relativ hoher Geschwindigkeit überstrichen, so dass in dem Kondensatkanal 12 ein Unterdruck erzeugt wird, mittels dessen das Kondensat aus dem Sumpf 2b in den Auslass 2a abgesaugt wird.
  • Der Kondensatkanal kann je nach Anforderungen gemäß Fig. 8 als außen liegende Leitung, vorliegend in Form eines auf Stutzen 13 gesteckten Schlauches 14, ausgeformt sein. Alternativ kann er auch gemäß Fig. 9 außenseitig oder gemäß Fig. 10 innenseitig des Sammlers 2 integriert mit dem Sammler 2 ausgebildet sein. Je nach Bauart des Sammlers kann dies durch Bleche oder integrierte Ausformung als Kunststoff-Gussteil oder Ähnliches erfolgen.
  • Bei dem Beispiel nach Fig. 11 ist im Bereich des Sumpfes zusätzlich ein Stauglied 15 vorgesehen, durch das der im unteren Sammlerbereich aus den Rohren 3 austretende Gasstrom aufgestaut wird, so dass durch statischen Druck auf die Flüssigkeitsoberfläche des Sumpfes 2b eine verbesserte Abführung des Kondensats durch den Kondensatkanal 12 erzielt wird. Weiterhin ist die Saugwirkung im Auslass 2a an dem Ende 12a des Kondensatkanals durch eine düsenartige Querschnittsverengung 16 im Auslass 2a verbessert. Durch die Querschnittsverengung 16 wird die Geschwindigkeit des Gasstroms im Bereich des Kondensatkanalendes 12a und somit der dort erzeugte Unterdruck vergrößert.
  • Fig. 12 zeigt eine Variante des in Fig. 11 dargestellten Kondensatkanals, bei dem der Transport des Kondensats hauptsächlich durch das Zerstäuben und Mitreissen von Flüssigkeitströpfchen und das Vorantreiben eines Wasserfilms geschieht. Steigt der Pegel des Sumpfes durch starke Kondensation an, so wird durch die zunehmende Verengung zwischen Wasserspiegel und Stauglied eine höhere Strömungsgeschwindigkeit und eine verstärkte Kondensatmitnahme erreicht. Steigt der Pegel noch weiter und verschließt den Querschnitt vollständig, so erfolgt die weitere Kondensatabfuhr wie bei Fig. 11 beschrieben.
  • Im Beispiel nach Fig. 12 sind das Stauglied 15 und eine Wand des Kondensatkanals 12 integriert als Blechformteil ausgebildet. Je nach Anforderungen können diese Elemente auch aus mehreren Bauteilen bestehen.
  • Fig. 13 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem eine integrierte Ausformung von Stauglied 15 und Kondensatkanal 12 vorliegt und zu dem zur weiteren Verbesserung eine Abrisskante 11 im Bereich des Sumpfes 2b vorgesehen ist. Die Abrisskante 11 bildet dabei einen Teil des unteren Eintritts des Kondensatkanals 12. Zudem ist eine Querschnittsverengung 16 im Bereich des Auslasses 2a vorgesehen. Insgesamt vereinigt das Beispiel nach Fig. 13 somit Merkmale aus den Beispielen nach Fig. 7, Fig. 11 und Fig. 12.
  • Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 14 ist in einigen der Rohre 3 ein Türbulenzglied 17 in Form einer eingesteckten und verlöteten Innenrippe, vorliegend einer Stegrippe, vorgesehen. Erfindungsgemäß ragt ein Überstand 17a der Stegrippe über das Rohrende hinaus in den auslassseitigen Sammler 2 hinein. Das an den Innenwänden der Rohre 3 anfallende Kondensat wird durch den Gasstrom in den Rohren zum Rohrende getrieben, von wo aus es auf den Überstand 17a der Stegrippe fließt und dort durch den Gasstrom zerstäubt und/oder verdampft wird. Die Überstände 17a können auch (nicht dargestellt) aufgebogen sein, insbesondere in Richtung des Auslasses 2a, so dass durch die Überstände 17a zugleich Wirkungen von Leitgliedern, insbesondere mit Wirkung gemäß der Ausführungsbeispiele Fig. 5 und Fig. 6, erzielt werden.
  • Es versteht sich, dass die Merkmale der einzelnen Ausführungsbeispiele je nach Anforderungen sinnvoll miteinander kombiniert werden können.
  • Obwohl der erfindungsgemäße Wärmeübertrager in sämtlichen Ausführungsbeispielen als direkter bzw. Iuftdurchströmter Ladeluftkühler dargestellt ist, sind beliebige andere Bauformen möglich, insbesondere als direkter bzw. fiüssigkeitsgekühlter Ladeluftkühler oder Abgaskühler.

Claims (15)

  1. Wärmeübertrager, insbesondere Ladeluftkühler oder Abgaskühler für einen Verbrennungsmotor, umfassend
    eine Mehrzahl von im Wesentlichen parallelen Rohren (3), und zumindest einen ausgangsseitigen Sammler (2),
    wobei die Rohre (3) jeweils in den ausgangsseitigen Sammler (2) münden, und
    wobei ein Gasstrom aus den Rohren (3) in den Sammler (2) und aus dem Sammler (2) in einen Auslass (2a) des Sammlers strömt, dadurch gekennzeichnet,
    dass an zumindest einem von beiden, Rohre (3) oder Sammler (2), eine Struktur (7, 7a, 7b, 7c, 8, 9, 10, 11, 12, 15, 16, 17a) zur Zusammenwirkung mit dem Gasstrom ausgebildet ist, wobei mittels der Struktur (7, 7a, 7b, 7c, 8, 9, 10, 11, 12, 15, 16, 17a) ein Transport eines Kondensats zu dem Auslass (2a) erfolgt.
  2. Wärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur einen Überstand (7, 7a, 7b, 7c) der Rohre in den Sammler umfasst.
  3. Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur eine Modulierung (7, 7b, 7c) eines austrittseitigen Randes zumindest eines der Rohre umfasst, insbesondere eine Aufbiegung des Randes und/oder eine Wellung.
  4. Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sammler (2) als länglicher Hohlraum ausgebildet ist, wobei ein Querschnitt des Sammlers über den Bereich der einmündenden Rohre in Richtung des Gasstroms zunimmt.
  5. Wärmeübertrager nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine den Rohren (3) gegenüberliegende Wand (8) des Sammlers gegenüber einer zu den Rohren senkrechten Richtung geneigt ist.
  6. Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur zumindest ein in dem Sammler (2) vorgesehenes Leitglied (9, 10) umfasst, wobei insbesondere der Gasstrom mittels des Leitglieds (9, 10) streifend auf eine Wand (8) des Sammlers geführt ist.
  7. Wärmeübertrager nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Leitglied als Leitblech (9) oder als Leitschaufel (10) ausgebildet ist.
  8. Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sammler (2) einen Sumpf (2b) für das Kondensat aufweist, wobei die Struktur als zumindest eine im Bereich des Sumpfes vorgesehene Abrisskante (11) ausgebildet ist.
  9. Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sammler (2) einen Sumpf (2b) für das Kondensat aufweist, wobei die Struktur einen von dem Sumpf zu dem Auslass (2a) führenden Kondensatkanal (12) umfasst, dessen auslassseitiges Ende (12a) von dem Gasstrom überstrichen wird.
  10. Wärmeübertrager nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abschnitt des Kondensatkanals (12) als außenseitige oder innenseitige, separate oder in eine Wand des Sammlers integrierte Leitung ausgebildet ist.
  11. Wärmeübertrager nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass unmittelbar oberhalb des Sumpfes (2b) ein Stauglied (15) zur Beeinflussung eines Drucks im Bereich des Sumpfes (2b) vorgesehen ist, wobei insbesondere das Stauglied (15) integriert mit einer Wand des Kondensatkanals (12) ausgebildet ist.
  12. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche Anspruch 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des auslassseitigen Endes (12a) des Kondensatkanals eine düsenartige Querschnittsverengung (16) des Auslasses (2a) vorgesehen ist.
  13. Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in den Rohren (3) jeweils ein Turbulenzglied (17), insbesondere in Form einer Innenrippe, einigesetzt ist, wobei das Turbulenzglied (17) einen Überstand (17a) über das Ende des Rohres aufweist und in den Sammler (2) hineinragt.
  14. Wärmeübertrager nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Überstand (17a) des Turbulenzglieds (17) mit einer Krümmung, insbesondere in Richtung des Auslasses, versehen ist.
  15. Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sammler (2) sich im Wesentlichen in Richtung der Schwerkraft erstreckt, wobei die Rohre (3) sich im Wesentlichen waagerecht erstrecken.
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