EP3757367A1 - Vorrichtung - Google Patents

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EP3757367A1
EP3757367A1 EP20173605.5A EP20173605A EP3757367A1 EP 3757367 A1 EP3757367 A1 EP 3757367A1 EP 20173605 A EP20173605 A EP 20173605A EP 3757367 A1 EP3757367 A1 EP 3757367A1
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EP
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fluid line
fluid
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heat
line
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EP20173605.5A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Dennis Ilse
Harald Kreidner
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ContiTech MGW GmbH
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ContiTech MGW GmbH
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Publication date
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    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M31/00—Apparatus for thermally treating combustion-air, fuel, or fuel-air mixture
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    • F02M31/00—Apparatus for thermally treating combustion-air, fuel, or fuel-air mixture
    • F02M31/20—Apparatus for thermally treating combustion-air, fuel, or fuel-air mixture for cooling
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    • F02M35/10—Air intakes; Induction systems
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the invention relates to a device for exchanging heat in fluid lines.
  • Fluid lines are required, for example, as charge air lines in automobile construction in order to supply the air compressed by an exhaust gas turbocharger to the internal combustion engine. For good efficiency, it is advantageous to use this air at the lowest possible temperature.
  • heat exchangers are used which, due to their good thermal conductivity, are often made of metals.
  • plastics are heavier than the plastics or elastomeric materials that are frequently used in the fluid lines.
  • Plastics are less advantageous as a material for heat exchangers because of their significantly lower thermal conductivity.
  • the fluid line to be cooled comprises at least one heat pipe, the evaporator section of the at least one heat pipe being in contact with the fluid to be cooled in the interior of the fluid line and the condenser section of the at least one heat pipe being in contact with the surroundings of the Fluid line is in contact.
  • the device according to the invention it is possible to at least involve the fluid lines in the heat exchange.
  • the use of separate heat exchangers can be dispensed with in the optimal case.
  • the condenser sections of the heat pipes are in contact with metal inserts on the fluid line, the metal inserts in turn being in contact with the environment.
  • the metal inserts are formed from a metal with particularly good thermal conductivity compared to the material of the fluid line.
  • This arrangement makes it possible to introduce the metal inserts during the manufacture of the fluid lines and to position the heat pipes separately only after the fluid line has been completed.
  • the heat transfer from the heat pipes is significantly improved by the choice of particularly thermally conductive metals compared to the material of the fluid line.
  • the condenser sections of the heat pipes are passed through the wall of the fluid line, the condenser sections protruding into the surroundings.
  • At least one additional coolant is arranged on the fluid line in the area of the metal inserts and / or in the area of the condenser sections of the heat pipes protruding from the fluid line, with which the metal inserts and / or the condenser sections protruding from the fluid line are in thermally conductive contact.
  • the coolant is a metal heat sink.
  • the coolant is a cooling fluid which is guided along the fluid line in a coolant line arranged around the fluid line.
  • This arrangement has the advantage that the cooling is effective not only in the area of the metal inserts and / or protruding condenser sections of the heat pipes, but, albeit to a lesser extent, along the entire fluid line.
  • the heat transfer between the metal inserts and / or protruding condenser sections of the heat pipes is further improved by the cooling fluid.
  • the fluid line is a charge air line of an internal combustion engine made of plastic.
  • the fluid line is a charge air hose of an internal combustion engine made up of elastomeric materials.
  • said charge air lines can also be cooled, which can increase the overall efficiency of the internal combustion engine.
  • a device 10 according to the invention is shown in a schematic diagram.
  • a fluid flows in a fluid line 12 made of plastic, here through the arrow 13 symbolizes.
  • Two heat pipes 14 are arranged within the fluid line 12.
  • the heat pipes 14 each have an evaporator section 14A and 2 condenser sections 14B each.
  • two metal inserts 15 are arranged, which are essentially part of the wall of the fluid line 12, so that the fluid 13 is not significantly impeded in flowing by the metal inserts 15.
  • the condenser sections 14B of the heat pipes 14 are angled with respect to the evaporator sections 14A in such a way that they are in contact with the metal inserts 15 which enables heat to be transferred.
  • the metal inserts 15 are in contact both with the capacitor sections 14B and with the surroundings of the device 10.
  • the flowing fluid 13 heats the evaporator sections 14A of the heat pipes 14, the heat being transported into the condenser sections 14B according to the known principle of the heat pipes.
  • the capacitor sections 14B cool down, the heat being transported via the capacitor sections 14B into the metal inserts 15 and further into the environment.
  • the metal inserts 15 are in contact with cooling elements 16 on the outside of the fluid line 12. The cooling elements 16 facilitate the transfer of heat from the metal inserts 15 to the environment.
  • FIG. 2 a further embodiment of a device 20 according to the invention is shown in a schematic diagram.
  • a fluid 23 flows through a fluid line 22, which is designed as an elastomeric hose.
  • Two heat pipes 24 are arranged in the interior of the fluid line 22, each of which has an evaporator section 24A and 2 condenser sections 24B.
  • the condenser sections 24B protrude through the wall of the fluid line 22.
  • the fluid line 22 is surrounded on the outside by a coolant line 25 in which a coolant 26 flows.
  • the condenser sections 24B projecting outward through the fluid line 42 protrude into the coolant 26, the passage of the condenser sections 24B through the walls of the fluid line 22 under the coolant line 5 and 20 being fluid-tight.
  • the operating principle of the heat pipes 24 corresponds to that of Fig.1 , the heat transfer from the condenser sections 24B to the coolant 26 taking place here.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (10, 20) zum Wärmetausch an Fluidleitungen (12, 22) aus Kunststoff oder elastomeren Werkstoffen. Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung (10, 20) zu schaffen, die einen guten Wärmeaustausch auch bei im wesentlichen aus Kunststoffen oder elastomeren Werkstoffen bestehenden Fluidleitungen (12, 22) ermöglicht. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Fluidleitung (12, 22) mindestens ein Wärmerohr (14, 24) umfasst, wobei der Verdampferabschnitt (14A, 24A) des mindestens einen Wärmerohrs (14, 24) im Inneren der Fluidleitung (12, 22) mit dem zu kühlenden Fluid (13, 23) in Kontakt steht und der Kondensatorabschnitt (14B, 24B) des mindestens einen Wärmerohrs (14, 24) mit der Umgebung der Fluidleitung (12, 22) in Kontakt steht.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Wärmetausch an Fluidleitungen.
  • Fluidleitungen werden beispielsweise als Ladeluftleitungen im Automobilbau benötigt, um die durch einen Abgasturbolader verdichtet Luft dem Verbrennungsmotor zuzuführen. Dabei ist es für einen guten Wirkungsgrad vorteilhaft, diese Luft mit möglichst niedriger Temperatur zu nutzen. Dazu werden Wärmetauscher eingesetzt, die aufgrund der guten Wärmeleitfähigkeit häufig aus Metallen aufgebaut sind.
  • Metalle weisen jedoch gegenüber den in den Fluidleitungen häufig eingesetzten Kunststoffen oder elastomeren Werkstoffen ein höheres Gewicht auf. Kunststoffe sind dabei aber wegen der deutlich geringeren Wärmeleitfähigkeit als Material für Wärmetauscher weniger vorteilhaft.
  • Es wäre daher wünschenswert, eine Vorrichtung zu schaffen, die einen guten Wärmeaustausch auch, aber nicht nur bei im Wesentlichen aus Kunststoffen oder elastomeren Werkstoffen bestehenden Fluidleitungen ermöglicht. Insbesondere sollen die Fluidleitungen selbst am Wärmeaustausch beteiligt werden.
  • Diese der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die zu kühlende Fluidleitung mindestens ein Wärmerohr umfasst, wobei der Verdampferabschnitt des mindestens einen Wärmerohrs im Inneren der Fluidleitung mit dem zu kühlenden Fluid in Kontakt steht und der Kondensatorabschnitt des mindestens einen Wärmerohrs mit der Umgebung der Fluidleitung in Kontakt steht.
  • Mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es möglich, die Fluidleitungen am Wärmeaustausch zumindest zu beteiligen. Bei entsprechender Auslegung von Fluidleitung und Wärmerohren kann im optimalen Fall auf den Einsatz separater Wärmetauscher verzichtet werden.
  • In einer Weiterbildung der Erfindung stehen die Kondensatorabschnitte der Wärmerohre mit Metalleinsätzen an der Fluidleitung in Kontakt, wobei die Metalleinsätze wiederum mit der Umgebung in Verbindung stehen.
  • In einer Weiterbildung der Erfindung sind die Metalleinsätze gegenüber dem Werkstoff der Fluidleitung aus einem Metall mit besonders guter Wärmeleitfähigkeit ausgebildet.
  • Diese Anordnung ermöglicht, die Metalleinsätze bereits bei der Herstellung der Fluidleitungen mit einzubringen und die Wärmerohre erst nach Fertigstellung der Fluidleitung separat zu positionieren. Dabei ist der Wärmeübergang von den Wärmerohren durch die Wahl besonders wärmeleitfähiger Metalle gegenüber dem Material der Fluidleitung deutlich verbessert.
  • In einer Weiterbildung der Erfindung sind die Kondensatorabschnitte der Wärmerohre durch die Wandung der Fluidleitung hindurchgeführt, wobei die Kondensatorabschnitte in die Umgebung ragen.
  • In einer Weiterbildung der Erfindung ist an der Fluidleitung im Bereich der Metalleinsätze und/oder im Bereich der aus der Fluidleitung herausragenden Kondensatorabschnitte der Wärmerohre mindestens ein zusätzliches Kühlmittel angeordnet, mit dem die Metalleinsätze und/oder die aus der Fluidleitung herausragenden Kondensatorabschnitte wärmeleitend in Kontakt stehen.
  • In einer Weiterbildung der Erfindung ist das Kühlmittel ein Kühlkörper aus Metall.
  • Diese Anordnungen haben den Vorteil, dass die Kühlung einen besseren Wirkungsgrad aufweist.
  • In einer Weiterbildung der Erfindung ist das Kühlmittel ein Kühlfluid, welches in einer um die Fluidleitung herum angeordneten Kühlmittelleitung entlang der Fluidleitung geführt ist.
  • Diese Anordnung hat den Vorteil, dass die Kühlung nicht nur im Bereich der Metalleinsätze und/oder herausragender Kondensatorabschnitte der Wärmerohre wirksam ist, sondern, wenn auch in geringerem Maße, entlang der gesamten Fluidleitung. Der Wärmeübergang zwischen den Metalleinsätzen und/oder herausragenden Kondensatorabschnitte der Wärmerohre ist durch das Kühlfluid nochmals verbessert.
  • In einer Weiterbildung der Erfindung ist die Fluidleitung eine aus Kunststoff aufgebaute Ladeluftleitung eines Verbrennungsmotors.
  • In einer Weiterbildung der Erfindung ist die Fluidleitung ein aus elastomeren Werkstoffen aufgebauter Ladeluftschlauch eines Verbrennungsmotors.
  • Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung lassen sich die genannten Ladeluftleitungen zusätzlich kühlen, was den Gesamtwirkungsgrad des Verbrennungsmotors steigern kann.
  • Anhand der Zeichnung wird nachstehend ein Beispiel der Erfindung näher erläutert. Es zeigt
    • Fig. 1 eine erfindungsgemäße Fluidleitung mit Wärmerohr und Metalleinsätzen sowie einem Kühlkörper und
    • Fig. 2 eine erfindungsgemäße Fluidleitung mit aus der Fluidleitung herausragenden Kondensatorabschnitten der Wärmerohre sowie einer zusätzlichen Kühlmittelleitung mit Kühlfluid.
  • In der Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung 10 in einer Prinzipskizze dargestellt. In einer Fluidleitung 12 aus Kunststoff strömt ein Fluid, hier durch den Pfeil 13 symbolisiert. Innerhalb der Fluidleitung 12 sind 2 Wärmerohre 14 angeordnet. Die Wärmerohre 14 weisen jeweils einen Verdampferabschnitt 14A und jeweils 2 Kondensatorabschnitte 14B auf.
  • In der Fluidleitung 12 sind 2 Metalleinsätze 15 angeordnet, die im wesentlichen Bestandteil der Wand der Fluidleitung 12 sind, sodass das Fluid 13 durch die Metalleinsätze 15 nicht nennenswert beim Strömen behindert wird.
  • Die Kondensatorabschnitte 14B der Wärmerohre 14 sind gegenüber den Verdampferabschnitten 14A derart abgewinkelt, dass sie mit den Metalleinsätzen 15 in einem einen Wärmeübergang ermöglichenden Kontakt stehen.
  • Die Metalleinsätze 15 stehen dabei sowohl mit den Kondensatorabschnitten 14B als auch mit der Umgebung der Vorrichtung 10 in Kontakt.
  • Das strömende Fluid 13 heizt die Verdampferabschnitte 14A der Wärmerohre 14 auf, wobei gemäß dem bekannten Prinzip der Wärmerohre die Wärme in die Kondensatorabschnitte 14B transportiert weist. Durch den Kontakt der Kondensatorabschnitte 14B mit den Metalleinsätzen 15 Kühlen die Kondensatorabschnitte 14B ab, wobei die Wärme über die Kondensatorabschnitte 14B in die Metalleinsätze 15 und weiter in die Umgebung transportiert ist. Dabei stehen die Metalleinsätze 15 an der Außenseite der Fluidleitung 12 Kühlelementen 16 in Kontakt. Die Kühlelemente 16 erleichtern den Übergang der Wärme von den Metalleinsätzen 15 an die Umgebung.
  • In der Fig. 2 ist eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 20 in einer Prinzipskizze gezeigt.
  • Eine Fluidleitung 22, die als elastomerer Schlauch ausgebildet ist, ist von einem Fluid 23 durchströmt. Im Inneren der Fluidleitung 22 sind 2 Wärmerohre 24 angeordnet, die jeweils einen Verdampferabschnitt 24A und 2 Kondensatorabschnitte 24B aufweisen. Die Kondensatorabschnitte 24B ragen durch die Wand der Fluidleitung 22.
  • Die Fluidleitung 22 ist außen mit einer Kühlmittelleitung 25 umgeben, in der ein Kühlmittel 26 strömt. Die durch die Fluidleitung 42 nach außenragenden Kondensatorabschnitte 24B ragen dabei in das Kühlmittel 26, wobei die Durchführung der Kondensatorabschnitte 24B durch die Wände der Fluidleitung 22 unter Kühlmittelleitung 5 und 20 fluiddicht ist.
  • Das Wirkprinzip der Wärmerohre 24 entspricht denen der Fig.1, wobei hier der Wärmeübergang von den Kondensatorabschnitte 24B in das Kühlmittel 26 erfolgt.
    • Bezugszeichenliste (Teil der Beschreibung)
    • 10
    Erste Vorrichtung
    12
    Fluidleitung der Vorrichtung 10
    13
    Pfeil, Fluid
    14
    Wärmerohre
    14A
    Verdampferabschnitte der Wärmerohre 14
    14B
    Kondensatorabschnitte der Wärmerohre 14
    15
    Metalleinsätze
    16
    Kühlelemente
    20
    Zweite Vorrichtung
    22
    elastomerer Schlauch der Vorrichtung 20
    23
    Fluid im elastomeren Schlauch 22
    24
    Wärmerohre
    24A
    Verdampferabschnitte der Wärmerohre 24
    24B
    Kondensatorabschnitte der Wärmerohre 24
    25
    Kühlmittelleitung der Vorrichtung 20
    26
    Kühlmittel in der Kühlmittelleitung 25

Claims (9)

  1. Vorrichtung (10, 20) zum Wärmetausch an Fluidleitungen (12, 22), dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidleitung (12, 22) mindestens ein Wärmerohr (14, 24) umfasst, wobei der Verdampferabschnitt (14A, 24A) des mindestens einen Wärmerohrs (14, 24) im Inneren der Fluidleitung (12, 22) mit dem zu kühlenden Fluid (13, 23) in Kontakt steht und der Kondensatorabschnitt (14B, 24B) des mindestens einen Wärmerohrs (14, 24) mit der Umgebung der Fluidleitung (12, 22) in Kontakt steht.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kondensatorabschnitte (14B) der Wärmerohre (14) mit Metalleinsätzen (15) an der Fluidleitung (12, 22) in Kontakt stehen, wobei die Metalleinsätze (15) wiederum mit der Umgebung in Verbindung stehen.
  3. In einer Weiterbildung der Erfindung sind die Metalleinsätze (15) gegenüber dem Werkstoff der Fluidleitung (12, 22) aus einem Metall mit besonders guter Wärmeleitfähigkeit ausgebildet.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kondensatorabschnitte (24B) der Wärmerohre (24) durch die Wandung der Fluidleitung (12, 22) hindurchgeführt sind, wobei die Kondensatorabschnitte (24B) in die Umgebung ragen.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass an der Fluidleitung (12, 22) im Bereich der Metalleinsätze (15) und/oder im Bereich der aus der Fluidleitung (24) herausragenden Kondensatorabschnitte (24B) der Wärmerohre (24) mindestens ein zusätzliches Kühlmittel (16, 26) angeordnet ist, mit dem die Metalleinsätze (15) und/oder die aus der Fluidleitung (24) herausragenden Kondensatorabschnitte (24B) wärmeleitend in Kontakt stehen.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmittel (16) ein Kühlkörper (16) aus Metall ist.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmittel (26) ein Kühlfluid (25) ist, welches in einer um die Fluidleitung (12, 22) herum angeordneten Kühlmittelleitung (25) entlang der Fluidleitung (12, 22) geführt ist.
  8. Vorrichtung nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidleitung (22) eine aus Kunststoff aufgebaute Ladeluftleitung eines Verbrennungsmotors ist.
  9. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 - 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidleitung (12, 22) ein aus elastomeren Werkstoffen aufgebauter Ladeluftschlauch eines Verbrennungsmotors ist.
EP20173605.5A 2019-06-24 2020-05-08 Vorrichtung Pending EP3757367A1 (de)

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DE (1) DE102019209095A1 (de)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4708120A (en) * 1986-03-17 1987-11-24 Mann Technology Limited Partnership Apparatus and method for treating air from a turbocharger
FR2910388A3 (fr) * 2006-12-21 2008-06-27 Renault Sas Systeme de refroidissement thermique
DE202012011756U1 (de) * 2012-12-06 2013-01-30 Borgwarner Inc. Abgasturbolader

Patent Citations (3)

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