ITRM990713A1

ITRM990713A1 - GENERATOR WITH LIQUID COOLING.

Info

Publication number: ITRM990713A1
Application number: IT1999RM000713A
Authority: IT
Inventors: Thomas Attinger; Jochen Betsch; Hans-Chr Behling; Gunter Gabriel; Thomas Kick; Udo Marchart
Original assignee: Daimler Chrysler Ag
Priority date: 1998-11-25
Filing date: 1999-11-22
Publication date: 2001-05-22
Also published as: FR2786335A1; IT1308014B1; DE19854465C1; ITRM990713A0; FR2786335B1

Description

DESCRIZIONE DESCRIPTION

a corredo di una domanda di brevetto per invenzione industriale dal titolo: accompanying a patent application for industrial invention entitled:

"GENERATORE CON RAFFREDDAMENTO A LIQUIDO" "GENERATOR WITH LIQUID COOLING"

L'invenzione concerne un generatore con raffreddamento a liquido, in particolare per un autoveicolo, il quale è disposto in una scatola, secondo il tipo definito più dettagliatamente nel preambolo della rivendicazione 1. The invention relates to a liquid-cooled generator, in particular for a motor vehicle, which is arranged in a box, according to the type defined in more detail in the preamble of claim 1.

Un generatore del tipo in questione è descritto nella DE 41 04 740 Al. Questa domanda di brevetto indica un sistema conduttore molto dispendioso e ingombrante per la circolazione del liquido di raffreddamento di un generatore con raffreddamento a liquido per un autoveicolo. A generator of the type in question is described in DE 41 04 740 A1. This patent application indicates a very expensive and cumbersome conducting system for circulating the coolant of a liquid-cooled generator for a motor vehicle.

Inoltre, dalla DE 44 30 427 CI è noto un generatore con raffreddamento a liquido, il quale, per la conduzione mirata del refrigerante intorno al generatore, presenta un ripartitore di refrigerante in una fessura anulare per l'intercapedine di raffreddamento tra il generatore e la scatola esterna. Furthermore, a liquid-cooled generator is known from DE 44 30 427 CI, which, for the targeted conduct of the coolant around the generator, has a coolant divider in an annular gap for the cooling gap between the generator and the outer box.

Un altro generatore con raffreddamento a liquido è descritto anche nella DE 44 44 956 Al. Another liquid-cooled generator is also described in DE 44 44 956 A1.

L'inconveniente di questo noto generatore è dato però dal consumo d'acqua relativamente alto, dovuto alla cattive condizioni di circolazione del refrigerante tra il generatore e la scatola, insieme ad una piccola efficienza refrigerante. The drawback of this known generator, however, is given by the relatively high water consumption, due to the poor circulation conditions of the refrigerant between the generator and the box, together with a low refrigerant efficiency.

Nei noti generatori con raffreddamento a liquido, in corrispondenza dell'apertura d'ingresso del refrigerante in arrivo si hanno grandi perdite di pressione. Il flusso del refrigerante può quindi essere condotto molto difficilmente nel modo desiderato intorno al generatore. Nell'ulteriore andamento dell'intercapedine intorno al generatore vi è poi un flusso approssimativamente laminare che rende molto instabile e insoddisfacente il raffreddamento del generatore . In known generators with liquid cooling, large pressure losses occur at the inlet opening of the incoming refrigerant. The flow of the coolant can therefore be very difficult to conduct in the desired manner around the generator. In the further course of the interspace around the generator there is then an approximately laminar flow which makes the cooling of the generator very unstable and unsatisfactory.

Spesso, la grandezza d'ingombro del generatore con raffreddamento a liquido costringe a piazzare in modo svantaggioso, dal punto di vista della tecnica fluodinamica, le aperture di entrata e di uscita del refrigerante. Per cui, dal settore della tecnica dei veicoli sono noti casi in cui le aperture di ingresso e di uscita del refrigerante del generatore con raffreddamento a liquido sono disposte molto vicine l'una all'altra. Pertanto, il generatore con raffreddamento a liquido viene raffreddato, nella zona situata tra le due aperture, molto meglio che nella zona situata di fronte alle aperture. Però, siccome ciò non può essere sempre combinato con il reale sviluppo di calore nel generatore, questa problematica va ritenuta come un inconveniente aggravante per il funzionamento di un generatore con raffreddamento a liquido. Often, the overall size of the liquid-cooled generator forces the refrigerant inlet and outlet openings to be placed in a disadvantageous way, from the point of view of fluid dynamics. Thus, cases are known from the vehicle art in which the coolant inlet and outlet openings of the liquid-cooled generator are arranged very close to each other. Therefore, the liquid-cooled generator is cooled, in the area located between the two openings, much better than in the area located in front of the openings. However, since this cannot always be combined with the actual development of heat in the generator, this problem should be considered as an aggravating drawback for the operation of a liquid-cooled generator.

Pertanto, compito dell'invenzione è quello di realizzare un generatore raffreddato a liquido in cui nell'intercapedine tra il generatore e la scatola vi è un andamento del flusso con elevata efficienza refrigerante e in cui le aperture di uscita del refrigerante possono essere disposte in qualsiasi modo e maniera, ad esempio in modo vantaggioso per il montaggio del generatore. Therefore, the aim of the invention is to provide a liquid-cooled generator in which in the interspace between the generator and the box there is a flow pattern with high refrigerant efficiency and in which the refrigerant outlet openings can be arranged in any manner and manner, for example in an advantageous way for mounting the generator.

Secondo l'invenzione, questo compito viene risolto con i particolari citati nella parte caratterizzante della rivendicazione 1. According to the invention, this task is solved with the details mentioned in the characterizing part of claim 1.

Con la disposizione secondo l'invenzione di un elemento conduttore per refrigerante in corrispondenza dell'ingresso del refrigerante, il flusso in volume del refrigerante viene deviato in corrispondenza dell'intercapedine opposta all'uscita del refrigerante e distribuito su una grande superficie. In questo modo, tutti i settori del generatore vengono bagnati dal refrigerante e non si possono formare volumi non utilizzabili che influiscono svantaggiosamente sul raffreddamento del generatore. With the arrangement according to the invention of a conducting element for refrigerant at the refrigerant inlet, the volume flow of the refrigerant is diverted to the interspace opposite the refrigerant outlet and distributed over a large surface. In this way, all the sectors of the generator are wetted by the coolant and unusable volumes cannot be formed which adversely affect the cooling of the generator.

In questo caso, l'esecuzione semplice ed efficace dell'elemento conduttore per refrigerante consente una distribuzione ideale del refrigerante in arrivo. Adattando l'elemento conduttore del refrigerante alle specifiche esigenze del generatore con raffreddamento a liquido si possono usare vantaggiosamente generatori standard. Con il montaggio di un elemento conduttore per refrigerante diverso a seconda del veicolo è possibile adattare facilmente e rapidamente i generatori standard alle esigenze dei rispettivi autoveicoli . In this case, the simple and effective design of the coolant conductor allows for ideal distribution of the incoming coolant. By adapting the conducting element of the coolant to the specific requirements of the liquid-cooled generator, standard generators can advantageously be used. By fitting a different coolant conductor element depending on the vehicle, standard generators can be easily and quickly adapted to the requirements of the respective vehicle.

In una forma di realizzazione particolarmente vantaggiosa dell'invenzione, l'elemento conduttore per refrigerante può essere provvisto, a guisa di testa di doccia, di molti piccoli fori. In questo modo, il refrigerante può essere distribuito in modo mirato e/o uniforme per il raffreddamento del generatore. In a particularly advantageous embodiment of the invention, the conducting element for coolant can be provided, in the manner of a shower head, with many small holes. In this way, the coolant can be distributed in a targeted and / or uniform way for cooling the generator.

Il condotto del refrigerante può essere combinato, in modo molto vantaggioso, con altri elementi che favoriscono il raffreddamento. Per cui, durante l'assemblaggio del generatore, nell'intercapedine tra la scatola e il generatore si può inserire, molto semplicemente in modo vantaggioso, una massa piastriforme provvista di nervature direttrici per il refrigerante prima che detto generatore venga unito alla scatola. Le nervature direttrici consentono un influsso efficiente sul flusso del refrigerante per cui il generatore può essere raffreddato in modo molto efficiente ed uniforme con una piccola quantità di refrigerante. The coolant line can be very advantageously combined with other elements which promote cooling. Therefore, during the assembly of the generator, a plate-like mass provided with guiding ribs for the refrigerant can be inserted in the interspace between the box and the generator, in an advantageous way, before said generator is joined to the box. The guiding ribs allow an efficient influence on the coolant flow so that the generator can be cooled very efficiently and evenly with a small amount of coolant.

In questo modo si possono realizzare diverse esigenze termiche dei generatori, ad esempio attraverso altre potenze motrici con masse piastriformi formate in modo diverso, senza dover modificare la superficie del generatore, la scatola e il montaggio. Per questo motivo si possono impiegare scatole e generatori standard economici, cosa che, in primo luogo, nel campo della logistica, della organizzazione del lavoro e dei costi lavorativi, è molto vantaggiosa. In this way it is possible to realize different thermal requirements of the generators, for example through other driving powers with differently formed plate-like masses, without having to modify the surface of the generator, the box and the assembly. For this reason, economic standard boxes and generators can be used, which, first of all, in the field of logistics, work organization and labor costs, is very advantageous.

Altre forme di realizzazione vantaggiose e ulteriori sviluppi dell'invenzione emergono dalle altre rivendicazioni dipendenti e dagli esempi di esecuzione rappresentati in linea di principio in seguito con riferimento ai disegni. In essi: Other advantageous embodiments and further developments of the invention emerge from the other dependent claims and from the exemplary embodiments represented in principle hereinafter with reference to the drawings. In them:

La figura 1 mostra un generatore raffreddato a liquido prima del montaggio; Figure 1 shows a liquid cooled generator prior to assembly;

la figura 2 mostra una possibile forma di esecuzione di un elemento conduttore di refrigerante in corrispondenza dell'apertura di ammissione del generatore raffreddato a liquido in una sezione secondo la linea II-II della figura 1; Figure 2 shows a possible embodiment of a refrigerant conducting element at the inlet opening of the liquid-cooled generator in a section along the line II-II of Figure 1;

la figura 3 mostra un elemento conduttore di refrigerante in una sezione secondo la linea III-III della figura 2; Figure 3 shows a refrigerant conducting element in a section along the line III-III of Figure 2;

la figura 4 mostra una vista della massa piastriforme in uno stato piano; Figure 4 shows a view of the plate-like mass in a flat state;

la figura 5 mostra una vista della massa piastriforme in uno stato curvato; e Figure 5 shows a view of the plate-like mass in a curved state; And

la figura 6 mostra una sezione lungo la linea V-V del generatore con raffreddamento a liquido della figura 1 dopo il montaggio. Figure 6 shows a section along the V-V line of the liquid cooled generator of Figure 1 after assembly.

Nella figura 1 è rappresentato un generatore con raffreddamento a liquido, il cui impiego principale è previsto nel settore della tecnica degli autoveicoli. Pertanto, in seguito, il generatore raffreddato a liquido viene chiamato dinamo 1. La dinamo 1, che qui è mostrata nello stato prima del montaggio, è costituita da un generatore 2 completamente chiuso con una parte di scatola interna 3 e una scatola esterna 4 con una parete interna 5. Inoltre si nota una massa piastriforme 6 con più nervature direttrici 7, la quale è disposta in uno stato curvo intorno alla parte interna 3 della scatola del generatore 2. Sulla scatola 4 è disposta di volta in volta un'apertura di ingresso 8 e un'apertura di uscita 9 per il refrigerante e nell'interno della scatola 4 è riconoscibile in parte un elemento conduttore 10 per refrigerante. Le altre zone e rispettivamente gli altri elementi strutturali del generatore 2 e della scatola esterna 4 non sono interessanti per l'invenzione e, pertanto, non sono illustrate più dettagliatamente e rispettivamente non sono rappresentate ulteriormente. Figure 1 shows a liquid-cooled generator, the main use of which is foreseen in the automotive technology sector. Therefore, in the following, the liquid-cooled generator is called dynamo 1. The dynamo 1, which is shown here in the state before assembly, consists of a completely closed generator 2 with an inner box part 3 and an outer box 4 with an internal wall 5. Furthermore, a plate-like mass 6 with several guiding ribs 7 can be seen, which is arranged in a curved state around the internal part 3 of the generator box 2. On the box 4 there is each time an opening of inlet 8 and an outlet opening 9 for the coolant and in the interior of the box 4 a conductive element 10 for the coolant is partially recognizable. The other areas and respectively the other structural elements of the generator 2 and of the external box 4 are not of interest to the invention and, therefore, are not illustrated in more detail and are respectively not represented further.

Le frecce a punti A della figura 1 indicano il processo di massima del montaggio del generatore 2 con la scatola esterna 4 per la formazione della dinamo 1. The arrows at points A in figure 1 indicate the general process of assembling the generator 2 with the external box 4 for the formation of the dynamo 1.

Nella figura 2 si riconosce una vista in sezione lungo la dinamo 1 in corrispondenza dell'ingresso 8 del refrigerante e dell'uscita 9 del refrigerante, laddove qui si è rinunciato alla rappresentazione della massa piastriforme 6. Nell'ingresso 8 del refrigerante sporge un segmento dell'elemento conduttore 10 relativo, realizzato a guisa di tronchetto tubolare IOa. Nell'elemento conduttore 10 del refrigerante, quest'ultimo viene deviato dalla direzione di flusso che esso presenta nell'entrata 8 del refrigerante e nel tronchetto tubolare 10a e viene distribuito da un allargamento assiale 10b dell'elemento conduttore 10 del refrigerante in modo che il generatore 2 venga completaraente bagnato dal refrigerante. Figure 2 shows a sectional view along the dynamo 1 in correspondence with the refrigerant inlet 8 and the refrigerant outlet 9, where here the representation of the plate-like mass 6 has been dispensed with. In the refrigerant inlet 8 a segment protrudes of the relative conductor element 10, made in the form of a tubular stub 10a. In the coolant conductor 10, the coolant is diverted from the direction of flow which it presents in the coolant inlet 8 and in the tubular stub 10a and is distributed by an axial widening 10b of the coolant conductor 10 so that the generator 2 is completely wetted by the refrigerant.

L'elemento conduttore 10 del refrigerante presenta due costole 11 rivolte verso la parte 3 della scatola del generatore 2. Da un lato, l'elemento conduttore 10 del refrigerante si sostiene, quindi, sulla parte interna 3 della scatola del generatore 2 e, dall'altro lato, le costole 11 impediscono un flusso diretto di refrigerante da una zona di uscita 12 dell'elemento conduttore 10 del refrigerante situata nel segmento dell'allargamento assiale 10b all'uscita 9 del refrigerante della dinamo 1. The conductive element 10 of the coolant has two ribs 11 facing towards the part 3 of the generator box 2. On one side, the conductive element 10 of the refrigerant is supported, therefore, on the inner part 3 of the generator box 2 and, from the On the other side, the ribs 11 prevent a direct flow of coolant from an outlet area 12 of the coolant conductor 10 located in the segment of the axial widening 10b to the coolant outlet 9 of the dynamo 1.

Nella sua forma di realizzazione assiale e che va in profondità, indicata nella figura 3, il segmento dell'allargamento assiale 10b dell'elemento conduttore 10 del refrigerante situato nell'intercapedine 13 tra la parte interna 3 della scatola e la scatola esterna 4 presenta, approssimativamente, la stessa larghezza della parte interna 3 della scatola del generatore 2. In questo modo si assicura che nell'intercapedine 13 abbia luogo, in tutta la sua estensione, un'alimentazione di refrigerante. Per ampliare ulteriormente questo effetto, l'elemento conduttore di refrigerante 10 può presentare, nella zona di uscita 12, molte piccole aperture (non rappresentate) che distribuiscono uniformemente il refrigerante nell'intercapedine 13 a guisa di una testa di doccia. In its axial and deepening embodiment, shown in Figure 3, the segment of the axial widening 10b of the coolant conductor 10 located in the gap 13 between the inner part 3 of the box and the outer box 4 has, approximately, the same width as the internal part 3 of the generator box 2. In this way it is ensured that a supply of refrigerant takes place in the cavity 13 in all its extension. To further expand this effect, the coolant conducting element 10 may have, in the outlet area 12, many small openings (not shown) which uniformly distribute the coolant in the interspace 13 in the manner of a shower head.

Il tronchetto tubolare IOa dell'elemento conduttore per refrigerante 10, disposto nell'ingresso 8 del refrigerante, è strutturato, dal punto di vista del suo diametro, in modo che l'elemento conduttore per refrigerante 10 entri perfettamente nell'ingresso 8 del refrigerante ed impedisca un afflusso diretto del refrigerante in arrivo davanti all'elemento conduttore 10 del refrigerante nell'intercapedine 13. The tubular stub 10a of the conducting element for refrigerant 10, arranged in the inlet 8 of the refrigerant, is structured, from the point of view of its diameter, so that the conducting element for refrigerant 10 fits perfectly into the inlet 8 of the refrigerant and prevents a direct inflow of the incoming coolant in front of the coolant conducting element 10 into the interspace 13.

In una esecuzione alternativa, non rappresentata, dell'invenzione, tra il tronchetto tubolare IOa dell'elemento conduttore 10 del refrigerante e l'ingresso 8 dello stesso si possono applicare anche elementi di tenuta di tipo noto come, ad esempio, gli anelli forici. In an alternative embodiment of the invention, not shown, sealing elements of a known type, such as, for example, hole rings, can also be applied between the tubular stub 10a of the conducting element 10 of the coolant and the inlet 8 of the same.

Come sì vede dalla figura 1, la massa piastriforme 6, qui costituita in particolare da una piastra 6, viene a trovarsi, dopo il montaggio della dinamo 1, in condizione curvata nell'intercapedine 13 tra la parte interna 3 della scatola e la scatola esterna 4. In questo caso, la piastra 6, in condizione curvata, non comprende tutto il perimetro dell'intercapedine 13 per lasciare all'elemento conduttore 10 del refrigerante ancora sufficiente spazio. Sulla piastra 6 sono realizzate nervature direttrici 7 che restringono, in presenza di piastra 6 in condizione curvata inserita, l'intercapedine 13. As can be seen from Figure 1, the plate-like mass 6, here constituted in particular by a plate 6, is, after the assembly of the dynamo 1, in a curved condition in the interspace 13 between the inner part 3 of the box and the outer box 4. In this case, the plate 6, in a curved condition, does not include the entire perimeter of the interspace 13 to leave enough space for the conducting element 10 of the coolant. On the plate 6, guiding ribs 7 are formed which, in the presence of the plate 6 in the inserted curved condition, narrow the interspace 13.

In questo caso, le nervature direttrici 7 possono essere applicate, preferibilmente in presenza di piastra 6 in condizione piana, come rappresentato nella figura 4, su questa. Come si nota nella figura 5, la piastra 6 con le nervature direttrici 7 (qui solo accennate) viene curvata corrispondentemente alla grandezza del generatore completamente chiuso 2. Durante il montaggio della dinamo 1, la piastra 6 può essere inserita in condizione curvata nell'intercapedine 13. In this case, the guiding ribs 7 can be applied, preferably in the presence of a plate 6 in a plane condition, as shown in Figure 4, on it. As can be seen in Figure 5, the plate 6 with the guiding ribs 7 (only hinted at here) is curved corresponding to the size of the completely closed generator 2. During the assembly of the dynamo 1, the plate 6 can be inserted in a curved condition in the interspace. 13.

Grazie alla grandezza, all'altezza e alla posizione esatta delle nervature direttrici 7 sulla piastra 6 è possibile influenzare il flusso del refrigerante nell'intercapedine 13 della dinamo 1 corrispondentemente alle condizioni di raffreddamento necessarie . Thanks to the size, height and exact position of the guiding ribs 7 on the plate 6 it is possible to influence the flow of the coolant in the interspace 13 of the dynamo 1 in accordance with the necessary cooling conditions.

In modo particolarmente vantaggioso, la superficie delle singole nervature direttrici 7 può presentare, inoltre, di volta in volta, un profilo 14 che ingrandisce la sua superficie. Particularly advantageously, the surface of the individual guiding ribs 7 may also have, in each case, a profile 14 which enlarges its surface.

Nell'esempio di esecuzione rappresentato, questo profilo 14 è eseguito in modo da presentare, nella rappresentazione in sezione scelta per la figura 6, una struttura a torre. In the illustrated embodiment example, this profile 14 is made in such a way as to present, in the sectional representation chosen for Figure 6, a tower structure.

In corrispondenza del profilo 14 delle nervature direttrici 7 è realizzata, in questo modo, una zona 15 con elevate perdite di pressione di flusso per il refrigerante circolante. In questo modo si rende difficoltoso il passaggio del refrigerante da una camera 16a relativa, limitata dalle nervature direttrici 7, lungo la zona 15 dell'intercapedine 13 ristretta dalle nervature direttrici 7, nella camera 16b del refrigerante. In questo modo si può influenzare più facilmente il flusso del refrigerante e si possono evitare meglio gli effetti di fuga involontari tra le singole camere 16a, 16b del refrigerante. In correspondence with the profile 14 of the guiding ribs 7, a zone 15 with high flow pressure losses for the circulating coolant is thus formed. In this way, it is difficult for the coolant to pass from a relative chamber 16a, limited by the guiding ribs 7, along the region 15 of the interspace 13 restricted by the guiding ribs 7, into the coolant chamber 16b. In this way, the flow of the coolant can be more easily influenced and unintentional leakage effects between the individual coolant chambers 16a, 16b can be better avoided.

Come effetto supplementare si ottiene, grazie al profilo 14 della superficie delle nervature, un comportamento fluodinamico turbolento del refrigerante nella zona delle nervature 7 grazie al quale si favorisce la convezione termica naturale verso il refrigerante e quindi il trasporto termico attraverso il refrigerante. As an additional effect, thanks to the profile 14 of the surface of the ribs, a turbulent flow-dynamic behavior of the coolant in the region of the ribs 7 is obtained, thanks to which natural thermal convection towards the refrigerant is favored and therefore heat transport through the refrigerant.

Un tale profilo 14 può essere applicato anche sulle nervature 11 e poi rende difficoltoso al refrigerante di passare direttamente dalla zona di uscita 12 del relativo elemento conduttore 10 alla zona dell'uscita 9 del refrìger Such a profile 14 can also be applied to the ribs 11 and then makes it difficult for the coolant to pass directly from the outlet area 12 of the relative conductor element 10 to the outlet area 9 of the refrig er

Claims

CLAIMS 1. Generator, with liquid cooling, in particular for a motor vehicle, which is arranged in a box, where between the box and the generator there is a cavity for refrigerant, which is provided with an inlet opening and a outlet opening, characterized in that the interspace (13) has, in correspondence with the inlet opening (8) of the liquid-cooled generator (1), a conducting element (10) for the refrigerant, where its area of outlet (12) is on the side opposite the outlet opening (9).

Liquid-cooled generator according to claim 1, characterized in that the conductor element (10) of the coolant is made in the form of a tubular stub (10a) in a segment arranged in the coolant inlet (8).

Liquid-cooled generator according to claim 1 or 2, characterized in that the conductor element (10) of the coolant has an axial widening (10b) in the segment of the outlet area (12) arranged in the interspace (13) .

Liquid-cooled generator according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the outlet region (12) of the coolant conducting element (10) has several openings.

Liquid-cooled generator according to one of claims 1 to 4, characterized in that the conductor element (10) of the coolant, on its side opposite the coolant inlet (8), has several ribs (11) on one side external.

Liquid-cooled generator according to one of claims 1 to 5, characterized in that a plate-like mass (6) is located in a curved state in the coolant gap (13), which has several guiding ribs (7 ), arranged so as to narrow the gap (13).

Liquid-cooled generator according to claim 6, characterized in that the guiding ribs (7) are made by deformation in a single piece with the plate-like mass (6) starting from a flat state of the plate-like mass (6).

Liquid-cooled generator according to claim 6 or 7, characterized in that the plate-like mass (6) can be shaped into a curved state during assembly of the liquid-cooled generator (1).

Liquid-cooled generator according to one of claims 5 to 8, characterized in that the guiding ribs (7) and / or the ribs (11) each have a profile (14) on their surface. enlarges the surface.

Liquid-cooled generator according to claim 9, characterized in that the profile (14) which enlarges the surface of the guiding ribs (7) and / or the ribs (11) is made, in cross section, in the form of a tower .