RU2581505C1

RU2581505C1 - Contact cooler for supercharging air

Info

Publication number: RU2581505C1
Application number: RU2014145149/06A
Authority: RU
Inventors: Александр Андреевич Грабовский; Александр Алексеевич Семенов; Виктор Алексеевич Миронов
Priority date: 2014-11-11
Filing date: 2014-11-11
Publication date: 2016-04-20

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: invention relates to machine building and may be used in vehicles equipped with turbocharged internal combustion engines (ICE). Contact supercharging air cooler, having a housing with air ducts for supply of hot and cold air flow discharge, inlet and outlet channels for coolant feed and discharge, made in housing to be secured by conical slopes, change in inlet and outlet ducts, axial pipe and two cylinders, forming a common internal cylindrical cavity. Between walls of housing of cooler, outer and inner walls of cylindrical cavity and central pipe circular channels are formed, from which air flow is supplied from below upwards at an angle to make cylinders due to diffuser made on housing inner wall of cooler and external wall of axial pipe. At ends of cylindrical cavity are supply and receiving umbrella in form of circular reservoirs. Feed hood has double-sided annular sprayer with cone-shaped rim to form water film on outer and inner surface of cylinders equipped with fine-meshed net. Receiving hood is made in form of a trap for collection of flowing cooling liquid.

EFFECT: technical result is high efficiency of cooler due to increased heat emission.

2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению и предназначено для использования в транспортных двигателях внутреннего сгорания (ДВС) с турбонаддувом.The invention relates to mechanical engineering and is intended for use in turbo-charged internal combustion engines (ICE).

Известен «Охладитель наддувочного воздуха», содержащий опорные пластины остова, трубки и ленты, а также бачки с патрубками и средство крепления, в котором бачки и их элементы выполнены асимметричными с присоединением их к остову, причем каждый бачок выполнен корытообразным, на нижнем бачке выполнен кронштейн, кронштейны каждого бачка имеют взаимно перпендикулярные плоскости крепления, патрубки имеют угловое смещение относительно горизонтальной плоскости, каждый бачок выполнен с двумя кронштейнами, а нижний бачок выполнен переменного сечения до начала его сопряжения с патрубком, а на верхнем бачке выполнен кронштейн [см. Патент на полезную модель RU №52535, от 27. 04. 2006 г. ].Known "charge air cooler" containing the base plates of the core, tubes and tapes, as well as tanks with nozzles and mounting means, in which the tanks and their elements are asymmetric with their connection to the core, and each tank is made trough-like, the bracket is made on the lower tank , the brackets of each tank are mutually perpendicular to the plane of attachment, the nozzles have an angular offset relative to the horizontal plane, each tank is made with two brackets, and the lower tank is made variable cross-section before it is paired with the nozzle, and the bracket is made on the upper tank [see Utility Model Patent RU No. 52535, dated April 27, 2006].

Недостатками устройства для охлаждения атмосферного воздуха являются высокая трудоемкость и низкая технологичность изготовления устройства, связанная с необходимостью выполнения в каждом охлаждающем элементе отверстия с точным допуском и посадкой элементов на всей высоте трубки теплообменника. Кроме этого, охлаждение воздуха осуществляется через промежуточную среду - трубки, которые рассеивают часть охлаждающей субстанции, поэтому эффективность охлаждения снижается.The disadvantages of the device for cooling atmospheric air are the high complexity and low manufacturability of the device, associated with the need to make holes in each cooling element with precise tolerance and fit elements at the entire height of the heat exchanger tube. In addition, air cooling is carried out through an intermediate medium - tubes that disperse part of the cooling substance, so the cooling efficiency is reduced.

Из известных наиболее близким по технической сущности является «Вертикальный вихревой испарительный конденсатор» содержащий осевой вентилятор с профилированными лопастями, закручивающими поток воздуха, вихревой теплообменник в виде трубы с укрепленными на наружной поверхности П-образными ребрами, образующими каналы для прохождения хладагента, сепаратор, поддон для сбора воды, фильтр, циркуляционный насос, гребенку и форсунки для орошения внутренней поверхности трубы. Труба выполнена вертикальной, и в нее подается снизу вверх поток воздуха под углом к образующей трубы, равным 30°-60°, а в противоток через форсунки впрыскивается вода. Конденсатор содержит ловушку для сбора пленки воды, стекающей по внутренней и наружной поверхностям трубы, причем внизу трубы корпус вентилятора размещен с зазором в указанной ловушке, сепаратор установлен в верхней части трубы и снабжен ловушкой с перфорированным дном, размещенным в нижней части сепаратора, и конусообразным ободом, направляющим поток воды в виде пленки по наружной поверхности трубы [см. Патент RU №2267727, от 10. 01. 2006 г.].Of the known closest in technical essence is a “Vertical Vortex Evaporative Condenser” containing an axial fan with profiled blades that swirl the air flow, a vortex heat exchanger in the form of a pipe with U-shaped ribs fixed on the outer surface, forming channels for the passage of refrigerant, a separator, a tray for water collection, filter, circulation pump, comb and nozzles for irrigation of the inner surface of the pipe. The pipe is made vertical, and air flows at it from bottom to top at an angle to the pipe generatrix equal to 30 ° -60 °, and water is injected into the counter-flow through nozzles. The condenser contains a trap for collecting a film of water flowing down the inner and outer surfaces of the pipe, and at the bottom of the pipe the fan housing is placed with a gap in the specified trap, the separator is installed in the upper part of the pipe and equipped with a trap with a perforated bottom located in the lower part of the separator, and a cone-shaped rim guiding the flow of water in the form of a film along the outer surface of the pipe [see Patent RU No. 2267727, dated 01.10.2006].

Недостатком такого вихревого испарительного конденсатора является сложность конструкции и невозможность применения в динамических устройствах и машинах. Кроме того, аппарат осуществляет замедленный отвод сконденсированного холодильного агента и занимает сравнительно большую полезную площадь.The disadvantage of such a vortex evaporation condenser is the design complexity and the inability to use in dynamic devices and machines. In addition, the device carries out delayed removal of the condensed refrigerant and occupies a relatively large usable area.

Предлагаемое изобретение направлено на устранение промежуточной среды рассеивающей охлаждающую жидкость, повышение КПД охладителя, упрощение технологичности сборки и обслуживания жидкостного охладителя.The present invention is aimed at eliminating the intermediate medium dispersing the coolant, increasing the efficiency of the cooler, simplifying the manufacturability of the assembly and maintenance of the liquid cooler.

Это достигается тем, что в контактном охладителе воздуха, содержащем корпус, имеющий с торцов входной и выходной воздуховоды для подвода горячего и отвода холодного потока воздуха, подводящий и отводящий каналы для подвода и отвода охлаждающей жидкости, осуществляется прямой контакт охлаждаемого воздуха и рабочего тела - охлаждающей жидкости, при этом внутри цилиндрического корпуса охладителя с прикрепляемыми коническими скатами, переходящими во входной и выходной воздуховоды, соосно расположены осевая труба и два цилиндра, при этом цилиндры соединены в общую внутреннюю цилиндрическую полость торцевыми кольцами, при этом между стенками корпуса охладителя, внешней и внутренней стенками цилиндрической полости и центральной трубой образуются кольцевые каналы, по которым поток воздуха подается снизу вверх под углом к образующим цилиндров, за счет диффузора, выполненного на внутренней стенке корпуса охладителя и наружной стенке осевой трубы в виде цилиндров с коническими скатами, при этом на концах цилиндрической полости закреплены подающий и приемный зонты в виде кольцевых резервуаров, через которые происходит подача и сбор охлаждающей жидкости, причем подающий зонт имеет двухсторонний кольцевой распылитель с конусообразным ободом с зазором к поверхностям цилиндрической полости для формирования водяной пленки на внешней и внутренней поверхности цилиндров, на которой закреплена мелкоячеистая сетка, а приемный зонт представляет двухсторонние кольцевые ловушки для сбора охлаждающей жидкости, стекающей по наружным поверхностям цилиндрической полости, переходящие в накопительный кольцевой резервуар, а сами кольцевые резервуары снабжены подводящим и отводящим патрубками, выведенными через стенку корпуса наружу, и своими корпусами связывают в единое целой корпус охладителя, цилиндрическую полость и осевую трубу. При этом в качестве охлаждающей жидкости используется аммиачная вода.This is achieved by the fact that in a contact air cooler containing a housing having inlet and outlet ducts from the ends for supplying hot and venting a cold air stream, supply and exhaust ducts for supplying and discharging coolant, a direct contact of the cooled air and the working fluid — the cooling fluid, while inside the cylindrical body of the cooler with attached conical slopes that pass into the inlet and outlet ducts, an axial tube and two cylinders are coaxially located, while the cylinders are connected into a common inner cylindrical cavity by end rings, while annular channels are formed between the walls of the cooler body, the outer and inner walls of the cylindrical cavity and the central pipe, through which the air flow is supplied from the bottom up at an angle to the generatrix of the cylinders, due to the diffuser made on the inside the wall of the cooler body and the outer wall of the axial pipe in the form of cylinders with conical slopes, while at the ends of the cylindrical cavity there are fixed feeding and receiving umbrellas in the form of main reservoirs through which coolant is supplied and collected, the feed umbrella has a double-sided annular atomizer with a cone-shaped rim with a gap to the surfaces of the cylindrical cavity to form a water film on the outer and inner surfaces of the cylinders, on which the fine mesh is fixed, and the receiving umbrella is double-sided annular traps for collecting coolant flowing along the outer surfaces of the cylindrical cavity, passing into the storage ring reserve ap and ring reservoirs themselves are provided with inlet and outlet pipes, derived through the housing wall outwardly, and their associated housings into a single whole body cooling, a cylindrical cavity and an axial pipe. In this case, ammonia water is used as a coolant.

На фиг. 1 изображен продольный разрез контактного охладителя наддувочного воздуха;In FIG. 1 shows a longitudinal section through a charge air cooler;

на фиг. 2 - поперечный разрез контактного охладителя наддувочного воздуха.in FIG. 2 is a cross-sectional view of a charge air cooler.

Контактный охладитель наддувочного воздуха содержит цилиндрический корпус 1, с торцов закрывающийся коническими скатами с входным 2 и выходным 3 воздуховодами для подвода горячего и отвода холодного потока воздуха. Подвод и отвод охлаждающей жидкости осуществляется через входной 4 и выходной 5 патрубки, заведенные вовнутрь корпуса. Внутри цилиндрического корпуса 1 охладителя, соосно с ним, расположена цилиндрическая полость 6, состоящая из внешнего и внутреннего цилиндров, с торцов закрытых кольцами. На внешней поверхности цилиндров цилиндрической полости 6 установлена и закреплена мелкоячеистая сетка 7.Contact charge air cooler contains a cylindrical housing 1, closed from the ends by conical slopes with inlet 2 and outlet 3 air ducts for supplying hot and venting cold air flow. The supply and removal of coolant is carried out through the inlet 4 and outlet 5 nozzles brought into the inside of the housing. Inside the cylindrical body 1 of the cooler, coaxially with it, is a cylindrical cavity 6, consisting of an external and an internal cylinder, from the ends closed by rings. On the outer surface of the cylinders of the cylindrical cavity 6 installed and fixed fine mesh 7.

По оси цилиндрического корпуса 1, внутри цилиндрической полости 6, установлена осевая труба 8 и, совместно с ними образуются два кольцевых канала а и б, по которым поток воздуха подается снизу вверх под углом к образующим цилиндров цилиндрической полости 6. Угловое направление потока воздуха обеспечивается двумя диффузорами 9 и 10, выполненными на внутренней стенке цилиндрического корпуса 1 охладителя и наружной стенке осевой трубы 8 в виде цилиндров с коническими скатами.An axial pipe 8 is installed along the axis of the cylindrical body 1, inside the cylindrical cavity 6, and, together with them, two annular channels a and b are formed , along which the air flow is supplied from bottom to top at an angle to the generatrices of the cylindrical cavity 6. The angular direction of the air flow is provided by two diffusers 9 and 10, made on the inner wall of the cylindrical body 1 of the cooler and the outer wall of the axial pipe 8 in the form of cylinders with conical slopes.

На концах цилиндрической полости 6 закреплены подающий 11 и приемный 12 зонты в виде кольцевых резервуаров, через которые происходит подачи и сбор охлаждающей жидкости. Подающий зонт 11 имеет двухсторонний кольцевой распылитель в с конусообразным ободом с зазором к поверхностям цилиндрической полости 6 для формирования водяной пленки на внешней поверхности ее цилиндров.At the ends of the cylindrical cavity 6 there are fixed a supplying 11 and a receiving 12 umbrellas in the form of annular tanks through which coolant is supplied and collected. The feed hood 11 has a two-way nebulizer in annular rim with conical surfaces with a gap to the cylindrical cavity 6 to form a water film on the outer surface of its cylinder.

Закрепленная на поверхности цилиндров мелкоячеистая сетка 7 формирует облако мелкодисперсной жидкостной пыли, увлажняя и охлаждая наддувочный воздух.The fine-mesh mesh 7 fixed on the surface of the cylinders forms a cloud of fine liquid dust, moistening and cooling the charge air.

Приемный зонт 12 представляет двухсторонние кольцевые ловушки г для сбора охлаждающей жидкости, стекающей по наружным поверхностям цилиндрической полости 6, переходящие в накопительный кольцевой резервуар приемного зонта 12. Кольцевые резервуары каждого из зонтов снабжены подводящим и отводящим патрубками 4 и 5, выведенными через стенку цилиндрического корпуса 1 наружу. В центре кольцевых резервуаров подающего и приемного зонтов 11 и 12 на распорных пластинах 13 жестко закреплены заглушки 14 и 15 осевой трубы 8. Своими корпусами приемные зонты 11 и 12 связывают в единую сборку цилиндрический корпус 1 охладителя, цилиндрическую полость 6 и осевую трубу 8.The receiving umbrella 12 is a double-sided annular trap g for collecting coolant flowing down the outer surfaces of the cylindrical cavity 6, passing into the storage ring reservoir of the receiving umbrella 12. The annular tanks of each of the umbrellas are equipped with inlet and outlet pipes 4 and 5, discharged through the wall of the cylindrical body 1 out. In the center of the annular reservoirs of the supply and receiving umbrellas 11 and 12, the plugs 14 and 15 of the axial tube 8 are rigidly fixed to the spacer plates 13. The receiving umbrellas 11 and 12 are connected to the cylindrical cooler body 1, the cylindrical cavity 6 and the axial tube 8 in a single assembly with their bodies.

Работает контактный охладитель наддувочного воздуха следующим образом.Works contact charge air cooler as follows.

Горячий воздух из компрессора двигателя поступает через входной воздуховод 2 в кольцевые каналы а и б охладителя воздуха. Вначале каналы имеют наклон к образующим поверхностям цилиндрической полости 6. Горячий воздух ударяется о поверхность пленки охлаждающей жидкости формирующейся мелкоячеистой сеткой 7 на внешних поверхностях цилиндрической полости 6, очищается от частиц нагара, охлаждается и увлажняется и, перемещаясь по каналам а и б через выходной воздуховод 3, поступает в коллектор двигателя.Hot air from the engine compressor enters through the inlet duct 2 into the annular channels a and b of the air cooler. Initially, the channels have an inclination to the forming surfaces of the cylindrical cavity 6. Hot air strikes the surface of the coolant film by the forming fine mesh 7 on the outer surfaces of the cylindrical cavity 6, is cleaned of carbon particles, cooled and moistened, and moving through channels a and b through the outlet duct 3 enters the engine manifold.

Одновременно с подачей воздуха осуществляется принудительная подача охлаждающей жидкости через подающий зонт 11 и через двухсторонний кольцевой распылитель в с конусообразным ободом, опоясывающим внешние поверхности цилиндров цилиндрической полости 6, равномерно распределяется по поверхностям цилиндров. В нижней части цилиндрической полости 6 охлаждающая жидкость собирается в накопитель приемного зонта 12 двухсторонними кольцевыми ловушками г.Simultaneously with the supply of air is forced coolant supply through the supply hood 11 and through two-way nebulizer in a ring with a conical rim zoster outer surfaces of cylinders of the cylindrical cavity 6 is distributed uniformly in the cylinder surfaces. In the lower part of the cylindrical cavity 6, the coolant is collected in the reservoir of the receiving umbrella 12 by two-sided ring traps g .

Предлагаемое устройство позволяет повысить теплоотдачу от охлаждаемого воздуха охлаждающей жидкости, что обеспечивает повышение эффективности охладителя, а следовательно КПД ДВС. Небольшие габариты позволяет применять его в любых двигателях внутреннего сгорания.The proposed device allows to increase the heat transfer from the cooled air of the coolant, which improves the efficiency of the cooler, and therefore the efficiency of the internal combustion engine. Small dimensions allows its use in any internal combustion engines.

Claims

1. A charge air cooler comprising a housing having inlet and outlet ducts for supplying hot and cold air flow from the ends, supply and exhaust ducts for supplying and discharging coolant, made in the housing, characterized in that the inside of the cylindrical cooler body has with attached conical ramps passing into the inlet and outlet ducts, an axial tube and two cylinders are arranged coaxially, which are connected to the end rings by a common inner cylindrical cavity in this case, annular channels are formed between the walls of the cooler body, the outer and inner walls of the cylindrical cavity and the central pipe, through which the air flow is supplied from the bottom up upward at an angle to the generatrix of the cylinders, due to the diffuser made on the inner wall of the cooler body and the outer wall of the axial pipe in the form of cylinders with conical slopes, while at the ends of the cylindrical cavity there are fixed supply and receiving umbrellas in the form of annular tanks through which coolant is supplied and collected moreover, the feed umbrella has a double-sided annular atomizer with a cone-shaped rim with a gap to the surfaces of the cylindrical cavity to form a water film on the outer and inner surfaces of the cylinders, on which the fine mesh is fixed, and the receiving umbrella is a double-sided annular trap for collecting coolant flowing down the outer the surfaces of the cylindrical cavity passing into the storage annular reservoir, and the annular reservoirs themselves are equipped with inlet and outlet pipes, Brought out through the wall of the housing to the outside and their bodies are connected into a single whole cooler body, a cylindrical cavity and an axial pipe.

2. Contact charge air cooler according to claim 1, characterized in that ammonia water is used as a cooling liquid.