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WO2007031230A1 - Stapelscheiben-wärmeübertrager, insbesondere ladeluftkühler - Google Patents

Stapelscheiben-wärmeübertrager, insbesondere ladeluftkühler Download PDF

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Publication number
WO2007031230A1
WO2007031230A1 PCT/EP2006/008737 EP2006008737W WO2007031230A1 WO 2007031230 A1 WO2007031230 A1 WO 2007031230A1 EP 2006008737 W EP2006008737 W EP 2006008737W WO 2007031230 A1 WO2007031230 A1 WO 2007031230A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
connection
coolant
heat exchanger
medium
cooled
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2006/008737
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Volker Velte
Horst ROTHENHÖFER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mahle Behr Industry GmbH and Co KG
Original Assignee
Behr Industrieanlagen GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Behr Industrieanlagen GmbH and Co KG filed Critical Behr Industrieanlagen GmbH and Co KG
Priority to KR1020087009125A priority Critical patent/KR101300452B1/ko
Priority to ES06805664.7T priority patent/ES2563405T3/es
Priority to PL06805664T priority patent/PL1929232T3/pl
Priority to CN2006800401960A priority patent/CN101297172B/zh
Priority to EP06805664.7A priority patent/EP1929232B1/de
Priority to US12/066,901 priority patent/US8393384B2/en
Publication of WO2007031230A1 publication Critical patent/WO2007031230A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D9/00—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D9/00—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D9/0031—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one heat-exchange medium being formed by paired plates touching each other
    • F28D9/0043—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one heat-exchange medium being formed by paired plates touching each other the plates having openings therein for circulation of at least one heat-exchange medium from one conduit to another
    • F28D9/005—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one heat-exchange medium being formed by paired plates touching each other the plates having openings therein for circulation of at least one heat-exchange medium from one conduit to another the plates having openings therein for both heat-exchange media
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F3/00—Plate-like or laminated elements; Assemblies of plate-like or laminated elements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/02—Header boxes; End plates
    • F28F9/0246—Arrangements for connecting header boxes with flow lines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D21/00—Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
    • F28D2021/0019—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for
    • F28D2021/008—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for for vehicles
    • F28D2021/0082—Charged air coolers

Definitions

  • the invention relates to a stacked plate heat exchanger, in particular a charge air cooler, with a plurality of stacked and interconnected, in particular soldered, elongated discs having a cavity for passing a medium to be cooled, such as charge air, in the longitudinal direction of the discs and another cavity for Limiting performing a coolant, wherein the discs each have an input port and an output port for the medium to be cooled.
  • the object of the invention is to provide a stacked plate heat exchanger GE measure the preamble of claim 1, which is inexpensive to produce and has a long life even at high temperatures.
  • the stacked-plate heat exchanger according to the invention should also be suitable for use in ship engine rooms.
  • the object is in a stacked plate heat exchanger, in particular a charge air cooler, with a plurality of stacked and interconnected, in particular soldered, elongated discs having a cavity for passing a medium to be cooled, such as La deluft, in the longitudinal direction of the discs and a another cavity for Performing a coolant limit, wherein the discs each have an input port and an output port for the medium to be cooled, achieved in that at least onedeffenan- circuit partially extends around a connection for the medium to be cooled around.
  • the coolant port is preferably in the form of a slot through the disc, which extends partially around the port for the medium to be cooled.
  • a preferred embodiment of the stacked plate heat exchanger is characterized in that a plurality of coolant connections are arranged partially around the connection for the medium to be cooled around.
  • the coolant connections preferably each have the shape of a slot through the disc, which extends partially around the connection for the medium to be cooled around.
  • a further preferred embodiment of the stacked-plate heat exchanger is characterized in that at least one coolant inlet connection extends partially around the outlet connection for the medium to be cooled.
  • the coolant inlet port is preferably in the form of a slot through the disc which extends partially around the outlet port for the medium to be cooled.
  • a further preferred exemplary embodiment of the stacked plate heat exchanger is characterized in that a plurality of coolant inlet connections are arranged partially around the outlet connection for the medium to be cooled.
  • the coolant inlet connections preferably each have the shape of a slot through the disc, which extends in part around the outlet connection for the medium to be cooled.
  • a further preferred exemplary embodiment of the stacked-plate heat exchanger is characterized in that the input connection and / or the output connection for the medium to be cooled is / are in each case formed by a through-hole through the window, which has substantially the shape of a circle segment, in particular a semicircle, or a Halbnikringusion or a circular arc-shaped curved slot.
  • the disks preferably have at their ends the shape of circular segments, in particular semicircles, which are arranged concentrically to the circular-segment-shaped or semicircular or semi-annular disk-shaped or circular-arc shaped connections for the medium to be cooled.
  • a further preferred exemplary embodiment of the stacked-plate heat exchanger is characterized in that the coolant inlet connection and / or the coolant inlet connections and / or the coolant outlet connection and / or the coolant outlet connections are each formed by a through-hole through the pane, which essentially has the shape of a Semicircular ring disk or a circular arc-shaped slot which surrounds or the input port or the output port for the medium to be cooled partially.
  • the coolant connection (s) is / are preferably arranged between the input connection or the output connection for the medium to be cooled and the environment.
  • a further preferred exemplary embodiment of the stacked disk heat exchanger is characterized in that a further cooling medium input connection or coolant output connection is arranged in the region of the center of the semicircular ring disk or the arcuate oblong hole which forms the output connection or input connection for the medium to be cooled. This ensures increased heat dissipation in a critical region of the stacked plate heat exchanger.
  • connection housing which has both a connection for the medium to be cooled and a connection for the coolant.
  • connection housing is a one-piece casting.
  • connection housing has a circumferential channel for the coolant, which extends around a connection channel for the medium to be cooled around.
  • a further preferred embodiment of the stacked plate heat exchanger is characterized in that the discs and / or the connection housing are formed from solderable aluminum / is. This simplifies the manufacture of the stacked plate heat exchanger.
  • Figure 1 is a perspective view of a stacking disk block of a stacked disk heat exchanger according to the invention
  • FIG. 2 shows an end of a stacking disk of the stacking disk block from FIG. 1 in plan view
  • FIG. 3 shows the stacking disk block of Figure 1 in a further perspective view from above;
  • Figure 4 is a sectional view through one end of the stacking disc block shown in Figure 3;
  • FIG. 5 shows a perspective sectional view through a connection housing of a stacked plate heat exchanger according to the invention
  • Figure ⁇ is a perspective view of the connection housing of Figure 5 in isolation
  • Figure 7 shows the connection housing of Figure 6 in plan view
  • FIG. 8 shows the connection housing from FIG. 6 in cross section
  • Figure 9 is a perspective view of an inventive
  • FIG. 10 shows a further perspective illustration of a stacked plate heat exchanger according to a further exemplary embodiment
  • Figure 11 is a perspective view of two interconnected stacked plate heat exchangers.
  • FIG 1 three stacking disks 1 to 3 are shown in perspective, which are stacked on a bottom 5 to a stacking disk block 6 on top of each other.
  • the three stacking disks 1 to 3 are identically formed and soldered together.
  • the stacking disk 1 has, just like the stacking disks 2, 3, a rectangular base plate 7 with two semicircular ends 8, 9. Outwardly the stacking disk 1 is closed by a peripheral, upturned edge 10.
  • the semicircular ends 8, 9 of the stacking disk 1 each have a circular segment-shaped through hole 12, 13 is recessed.
  • the through-holes 12, 13 each represent a connection for charge air through which charge air enters or exits into a cavity that is delimited by the stacking disk 1 and extends between the ends 8, 9.
  • the end 9 of the stacking disk 1 is shown in plan view.
  • the circular segment-shaped positioning air connection opening 12 is surrounded by three elongated holes 14, 15, 16, which are curved in the shape of a circular arc.
  • the three elongated holes 14, 15, 16 are between the semi-circle of the semicircular or circular segment-shaped through hole 12 and the peripheral peripheral edge 10 of the stacking disk 1 is arranged.
  • the elongated holes 14 to 16 form connections for coolant.
  • the outside temperature of the stacking disk block 6 can be kept below a critical limit of 200 degrees Celsius.
  • the outside temperature of the stacking disk block 6 according to the invention is defined by the maximum coolant temperature.
  • each of the stacking disks 1 to 3 a cavity for charge air is limited, which extends between the through holes 12, 13.
  • a cavity for charge air is limited, which extends between the through holes 12, 13.
  • the cavities of the charge air corrugated fins 18, 19 are arranged, which serve as a guide for the charge air and to improve the heat transfer.
  • stacking disks 21 to 23 are shown in perspective, which are stacked on a bottom 25 one above the other to form a stacking disk block 26.
  • the stacking disk 21, like the stacking disks 22, 23, comprises a rectangular base plate 27 with two semicircular ends 28, 29.
  • the stacking disk 21 has a circumferential, bent edge 30.
  • the stacking disk 21 in each case has a circular arcuate oblong hole 32, 33.
  • coolant connection openings through which coolant enters or exits in the stacking disk block 26.
  • cavities for carrying out the charge air are also formed, which extend between the charge air connection ports 32, 33.
  • corrugated fins 38 to 40 are arranged in a known manner, which serve to guide the charge air and to improve the heat transfer.
  • a further through-hole 41, 42 is provided, which represents an additional coolant connection opening.
  • the additional coolant connection openings 41, 42 ensure that a particularly critical region, which is marked at the end 28 of the stacking disk 21 by a triangle 43, is better cooled. This area is poorly flowed through in conventional heat exchangers and is therefore additionally supplied with coolant in the stacked plate heat exchanger according to the invention.
  • FIG. 4 shows a cross section through the end 28 of the stacking disk block 26 in FIG. In the sectional view it can be seen that in the cavities for carrying out the charge air, as in the previous embodiment, in each case a corrugated fin 38 to 40 is arranged.
  • a stacking disk block 50 as shown in the preceding figures according to various exemplary embodiments and views, is shown in perspective in section.
  • the stacking disk block 50 includes, inter alia, three stacking disks 51 to 53 which are constructed and shaped like the stacking disks in one of the preceding embodiments.
  • the stacking disks 51 to 53 delimit areas or layers 55 to 57 through which charge air flows.
  • a corrugated rib 59 to 61 is respectively arranged in the areas 55 to 57 through which charge air flows.
  • Between two flow-through by charge air areas 55 to 57 each of a coolant flowed through area or a coolant flowing through layer 63 to 65 is arranged.
  • the coolant in the layers 63 through 65 through which the coolant flows serves to dissipate heat emitted by the charge air into the regions 55 through 57 through which charge air flows.
  • connection housing 66 Above the connection openings for charge air (12, 13 in Figure 1 and 32, 33 in Figure 3) in the stacking disks 51 to 53, a connection housing 66 is provided.
  • the connection housing 66 has a central charge air connection duct 67, which is arranged coaxially or in extension to the charge air connection openings in the stacking disks 51 to 53.
  • the connection housing 66 has a coolant connection channel 68, which is arranged transversely to the charge air connection channel 67.
  • the coolant connection channel 68 opens into a circulating coolant channel 69, which runs radially outside the central charge air connection channel 67.
  • further coolant channels 71 to 73 are provided in the stacking disks 51 to 53.
  • the coolant channels 71 to 73 are formed by oblong holes in the stacking disks 51 to 53. These elongated holes are denoted by 14 to 16, 34 to 36 and 44 to 46 in the preceding examples.
  • connection housing 66 is a cast part made of solderable aluminum.
  • the casting includes both the charge air port 67 and the coolant port 68. It is also possible to form the port housing 66 in multiple parts.
  • the terminal housing 66 is shown in different views alone.
  • the circulating coolant channel 69 serves to keep the outside temperature of the connection housing 66 low.
  • the circulating coolant channel 69 completely surrounds the charge air connection channel 67 in cross section.
  • a charge air cooler 75 is shown in perspective according to an embodiment of the invention.
  • the charge air cooler 75 includes a stacking disk block 76 having a plurality of stacking disks.
  • the stacking disk block 76 is designed, for example, as the stacking disk block 6 illustrated in FIGS. 1 and 2. However, the stacking disk block 76 can also be designed like the stacking disk block 26 illustrated in FIGS. 3 and 4. In FIG Section through the intercooler 75 shown in perspective. However, other reference numerals are used in FIG. 5 than in FIG. 9.
  • the stacking disk block 76 shown in FIG. 9 is disposed between a bottom plate 77 and a lid 78.
  • a charge air inlet port housing 81 and a charge air outlet port housing 82 are soldered to the cover 78.
  • the connection housings 81 and 82 can also be fitted ckig, for example, as a casting, be formed with the lid 78.
  • the charge-air inlet port housing 81 includes a charge-air inlet port 84 and a coolant outlet port 85.
  • the charge-air outlet port housing 82 includes a charge-air exit port 87 and a coolant input port 88.
  • the inventive design of the intercooler 75 provides the advantage that the component outside temperature can be kept below 200 degrees Celsius.
  • the inventive design of the charge air cooler 75 reduces the manufacturing costs.
  • the charge air cooler according to the invention provides more variable connection options than conventional intercoolers.
  • the temperature gradients occurring during operation of the intercooler can be reduced. As a result, larger heights can be made possible.
  • the maximum external component temperature results from the maximum coolant temperature and is preferably less than 200 degrees Celsius. This allows use on ships.
  • boiling of the coolant is reliably prevented.
  • a better stability and higher performance of the charge air cooler is made possible.
  • the use of solderable castings eliminates welding on of connecting parts after soldering.
  • the use of a casting also provides the advantage that the connections to other components can be realized flexibly.
  • both series and parallel circuits can be realized by a plurality of coolers.
  • the component temperature is also lowered in the region of the charge air inlet to the level of the coolant temperature.
  • unwanted voltages in the intercooler can be significantly reduced.
  • larger construction heights that is, a stacking of a larger number of stacking disks possible.
  • the pressure loss of the intercooler on the charge air and coolant side can be reduced and a higher heat output can be transmitted.
  • FIG. 10 shows a charge air cooler 90 which has four connection housings 91 to 94.
  • the connection housing 91 comprises a first charging
  • the terminal housing 93 includes a second charge air inlet port 99 and a second coolant output port 100.
  • the connection housing 94 includes a second coolant input port 101 and a second charge air exit port 102nd
  • the charge air connections 95 and 99 may also be closed.
  • the charge air would enter the charge air cooler 90 through the charge air connection 102 of the connection housing 94.
  • the course of the charge air in the intercooler 90 is indicated.
  • the charge air would first pass through a high-temperature and then a low-temperature circuit in the charge air cooler 90 and exit the charge air cooler 90 at the charge air connection 98 of the connection housing 92.
  • the connection housing 93 in this case would only have a high-temperature coolant inlet connection.
  • the associated high-temperature coolant outlet port 101 would be provided in the terminal housing 94.
  • the connector housing 91 would then comprise only a low-temperature coolant inlet port.
  • the associated low-temperature coolant outlet port 97 would then be provided in the port housing 92.
  • the first charge air cooler 111 comprises a low-temperature coolant input connection housing 114 and a low-temperature coolant outlet connection housing 115.
  • a high-temperature coolant input connection housing 116 of the second charge air cooler 112 is connected to the low-temperature coolant outlet connection housing 115.
  • the second charge air cooler 112 has a high-temperature coolant outlet connection housing 117.
  • the first charge air cooler 111 forms a low-temperature charge air cooler.
  • the second charge air cooler 112 forms a high temperature charge air cooler.
  • the charge air passes through a charge air inlet port 119 through the low temperature tur coolant inlet connection housing 114 in the first intercooler 111 a.
  • the high-temperature coolant outlet connection housing 117 is provided with the associated charge air outlet port 120.

Landscapes

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Stapelscheiben-Wärmeübertrager, insbesondere Ladeluftkühler, mit mehreren aufeinander gestapelten und miteinander verbundenen, insbesondere verlöteten, länglichen Scheiben (1-3;21-23;51-53), die einen Hohlraum (55-57) zum Durchführen eines zu kühlenden Mediums, wie zum Beispiel Ladeluft, in Längsrichtung der Scheiben und einen weiteren Hohlraum (63-65) zum Durchführen eines Kühlmittels begrenzen, wobei die Scheiben (1-3;21-23;51-53) jeweils einen Eingangsanschluss und einen Ausgangsanschluss für das zu kühlende Medium aufweisen. Um einen Stapelscheiben-Wärmeübertrager zu schaffen, der kostengünstig herstellbar ist und auch bei hohen Temperaturen eine lange Lebensdauer aufweist, erstreckt sich mindestens ein Kühlmittelanschluss (14-16) teilweise um einen Anschluss (12) für das zu kühlende Medium herum.

Description

Stapelscheiben-Wärmeübertrager, insbesondere Ladeluftkühler
Die Erfindung betrifft einen Stapelscheiben-Wärmeübertrager, insbesondere einen Ladeluftkühler, mit mehreren aufeinander gestapelten und miteinander verbundenen, insbesondere verlöteten, länglichen Scheiben, die einen Hohlraum zum Durchführen eines zu kühlenden Mediums, wie zum Beispiel Ladeluft, in Längsrichtung der Scheiben und einen weiteren Hohlraum zum Durchführen eines Kühlmittels begrenzen, wobei die Scheiben jeweils einen Eingangsanschluss und einen Ausgangsanschluss für das zu kühlende Medium aufweisen.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Stapelscheiben-Wärmeübertrager ge- maß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, der kostengünstig herstellbar ist und auch bei hohen Temperaturen eine lange Lebensdauer aufweist. Insbesondere soll der erfindungsgemäße Stapelscheiben- Wärmeübertrager auch für den Einsatz in Schiffsmaschinenräumen geeignet sein.
Die Aufgabe ist bei einem Stapelscheiben-Wärmeübertrager, insbesondere einen Ladeluftkühler, mit mehreren aufeinander gestapelten und miteinander verbundenen, insbesondere verlöteten, länglichen Scheiben, die einen Hohlraum zum Durchführen eines zu kühlenden Mediums, wie zum Beispiel La- deluft, in Längsrichtung der Scheiben und einen weiteren Hohlraum zum Durchführen eines Kühlmittels begrenzen, wobei die Scheiben jeweils einen Eingangsanschluss und einen Ausgangsanschluss für das zu kühlende Medium aufweisen, dadurch gelöst, dass sich mindestens ein Kühlmittelan- schluss teilweise um einen Anschluss für das zu kühlende Medium herum erstreckt. Der Kühlmittelanschluss hat vorzugsweise die Gestalt eines Langlochs durch die Scheibe, das sich teilweise um den Anschluss für das zu kühlende Medium herum erstreckt.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Stapelscheiben- Wärmeübertragers ist dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Kühlmittelanschlüsse teilweise um den Anschluss für das zu kühlende Medium herum angeordnet sind. Die Kühlmittelanschlüsse haben vorzugsweise jeweils die Gestalt eines Langlochs durch die Scheibe, das sich teilweise um den Anschluss für das zu kühlende Medium herum erstreckt.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Stapelscheiben- Wärmeübertragers ist dadurch gekennzeichnet, dass sich mindestens ein Kühlmitteleingangsanschluss teilweise um den Ausgangsanschluss für das zu kühlende Medium herum erstreckt. Der Kühlmitteleingangsanschluss hat vorzugsweise die Gestalt eines Langlochs durch die Scheibe, das sich teilweise um den Ausgangsanschluss für das zu kühlende Medium herum erstreckt.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Stapelscheiben- Wärmeübertragers ist dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Kühlmitteleingangsanschlüsse teilweise um den Ausgangsanschluss für das zu kühlende Medium herum angeordnet sind. Die Kühlmitteleingangsanschlüsse haben vorzugsweise jeweils die Gestalt eines Langlochs durch die Scheibe, das sich teilweise um den Ausgangsanschluss für das zu kühlende Medium her- um erstreckt.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Stapelscheiben- Wärmeübertragers ist dadurch gekennzeichnet, dass der Eingangsanschluss und/oder der Ausgangsanschluss für das zu kühlende Medium jeweils von einem Durchgangsloch durch die Scheibe gebildet werden/wird, das im We- sentlichen die Gestalt eines Kreissegments, insbesondere eines Halbkreises, oder einer Halbkreisringscheibe oder eines kreisbogenförmig gekrümmten Langlochs aufweist. Vorzugsweise weisen die Scheiben an ihren Enden die Gestalt von Kreissegmenten, insbesondere von Halbkreisen, auf, die kon- zentrisch zu den kreissegmentförmigen oder halbkreisförmigen oder halb- kreisringscheibenförmigen oder kreisbogenförmigen Anschlüssen für das zu kühlende Medium angeordnet sind.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Stapelscheiben- Wärmeübertragers ist dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlmittelein- gangsanschluss und/oder die Kühlmitteleingangsanschlüsse und/oder der Kühlmittelausgangsanschluss und/oder die Kühlmittelausgangsanschlüsse jeweils von einem Durchgangsloch durch die Scheibe gebildet werden/wird, das im Wesentlichen die Gestalt einer Halbkreisringscheibe oder eines kreisbogenförmigen Langlochs aufweist, die beziehungsweise das den Ein- gangsanschluss beziehungsweise den Ausgangsanschluss für das zu kühlende Medium teilweise umgibt. Der oder die Kühlmittelanschlüsse ist/sind vorzugsweise zwischen dem Eingangsanschluss beziehungsweise dem Ausgangsanschluss für das zu kühlende Medium und der Umgebung ange- ordnet.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Stapelscheiben- Wärmeübertragers ist dadurch gekennzeichnet, dass ein weiterer Kühlmit- teleingangsanschluss beziehungsweise Kühlmittelausgangsanschluss im Bereich des Zentrums der Halbkreisringscheibe oder des kreisbogenförmigen Langlochs angeordnet ist, die beziehungsweise das den Ausgangsanschluss beziehungsweise den Eingangsanschluss für das zu kühlende Medium bildet. Dadurch wird eine erhöhte Wärmeabfuhr in einem kritischen Bereich des Stapelscheiben-Wärmeübertragers gewährleistet.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Stapelscheiben- Wärmeübertragers ist durch ein Anschlussgehäuse gekennzeichnet, das sowohl einen Anschluss für das zu kühlende Medium als auch einen An- schluss für das Kühlmittel aufweist. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Anschlussgehäuse um ein einstückiges Gussteil. - A -
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Stapelscheiben- Wärmeübertragers ist dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlussgehäuse einen umlaufenden Kanal für das Kühlmittel aufweist, der sich um einen Anschlusskanal für das zu kühlende Medium herum erstreckt. Dadurch kann die Außentemperatur des Stapelscheiben-Wärmeübertragers unter einem kritischen Wert gehalten werden.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Stapelscheiben- Wärmeübertragers ist dadurch gekennzeichnet, dass die Scheiben und/oder das Anschlussgehäuse aus lötbarem Aluminium gebildet sind/ist. Dadurch wird die Herstellung des Stapelscheiben-Wärmeübertragers vereinfacht.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeich- nung verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Es zeigen:
Figur 1 eine perspektivische Darstellung eines Stapelscheibenblocks eines erfindungsgemäßen Stapelscheiben-Wärmeübertragers;
Figur 2 ein Ende einer Stapelscheibe des Stapelscheibenblocks aus Figur 1 in der Draufsicht;
Figur 3 den Stapelscheibenblock aus Figur 1 in einer weiteren perspektivischen Darstellung von oben;
Figur 4 die Ansicht eines Schnitts durch ein Ende des in Figur 3 dargestellten Stapelscheibenblocks;
Figur 5 eine perspektivische Schnittdarstellung durch ein Anschlussgehäuse eines erfindungsgemäßen Stapelscheiben- Wärmeübertragers; Figur β eine perspektivische Darstellung des Anschlussgehäuses aus Figur 5 in Alleinstellung;
Figur 7 das Anschlussgehäuse aus Figur 6 in der Draufsicht;
Figur 8 das Anschlussgehäuse aus Figur 6 im Querschnitt;
Figur 9 eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen
Stapelscheiben-Wärmeübertragers;
Figur 10 eine weitere perspektivische Darstellung eines Stapelscheiben- Wärmeübertragers gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel und
Figur 11 eine perspektivische Darstellung von zwei miteinander verbundenen Stapelscheiben-Wärmeübertragern.
In Figur 1 sind drei Stapelscheiben 1 bis 3 perspektivisch dargestellt, die auf einen Boden 5 zu einem Stapelscheibenblock 6 übereinander gestapelt sind. Die drei Stapelscheiben 1 bis 3 sind identisch ausgebildet und miteinander verlötet.
Die Stapelscheibe 1 weist, ebenso wie die Stapelscheiben 2, 3, eine rechteckige Grundplatte 7 mit zwei halbkreisförmigen Enden 8, 9 auf. Nach außen hin ist die Stapelscheibe 1 durch einen umlaufenden, hochgebogenen Rand 10 abgeschlossen. In den halbkreisförmigen Enden 8, 9 der Stapelscheibe 1 ist jeweils ein kreissegmentförmiges Durchgangsloch 12, 13 ausgespart. Die Durchgangslöcher 12, 13 stellen jeweils einen Anschluss für Ladeluft dar, durch den Ladeluft in einen Hohlraum ein- beziehungsweise austritt, der von der Stapelscheibe 1 begrenzt wird und zwischen den Enden 8, 9 verläuft.
In Figur 2 ist das Ende 9 der Stapelscheibe 1 in der Draufsicht dargestellt. In der Draufsicht sieht man, dass die kreissegmentförmige Lageluftanschluss- öffnung 12 von drei Langlöchem 14, 15, 16 umgeben ist, die kreisbogenför- mig gekrümmt ausgebildet sind. Die drei Langlöcher 14, 15, 16 sind zwi- schen dem Halbkreis des halbkreis- beziehungsweise kreissegmentförmigen Durchgangslochs 12 und dem umlaufenden Umfangsrand 10 der Stapelscheibe 1 angeordnet. Die Langlöcher 14 bis 16 bilden Anschlüsse für Kühlmittel. Durch die Anordnung der Kühlmittelanschlüsse 14 bis 16 um den Ladeluftanschluss 12 herum kann die Außentemperatur des Stapelscheibenblocks 6 unter einem kritischen Grenzwert von 200 Grad Celsius gehalten werden. Die Außentemperatur des erfindungsgemäßen Stapelscheibenblocks 6 wird durch die maximale Kühlmitteltemperatur definiert.
Darüber hinaus wird von den Stapelscheiben 1 bis 3 jeweils ein Hohlraum für Ladeluft begrenzt, der sich zwischen den Durchgangslöchern 12, 13 erstreckt. In den Hohlräumen der Ladeluft sind Wellrippen 18, 19 angeordnet, die als Leiteinrichtungen für die Ladeluft und zur Verbesserung des Wärmeübergangs dienen.
In Figur 3 sind drei Stapelscheiben 21 bis 23 perspektivisch dargestellt, die auf einem Boden 25 übereinander zu einem Stapelscheibenblock 26 gestapelt sind. Die Stapelscheibe 21 umfasst, ebenso wie die Stapelscheiben 22, 23, eine rechteckige Grundplatte 27 mit zwei halbkreisförmigen Enden 28, 29. Außerdem weist die Stapelscheibe 21 einen umlaufenden, umgebogenen Rand 30 auf. An den Enden 28, 29 weist die Stapelscheibe 21 jeweils ein kreisbogenförmig gekrümmtes Langloch 32, 33 auf. Die Langlöcher 32,
33 bilden Ladeluftanschlüsse, durch die Ladeluft in die Hohlräume zwischen den Enden 28, 29 der Stapelscheibe 21 gelangt.
Radial außerhalb der Langlöcher 32, 33 sind Langlöcher 34 bis 36, 44 bis 46 angeordnet, die ebenfalls kreisbogenförmig gekrümmt sind. Die Langlöcher
34 bis 36 und 44 bis 46 bilden Kühlmittelanschlussöffnungen, durch die Kühlmittel in den Stapelscheibenblock 26 ein- beziehungsweise austritt. Zwi- sehen beziehungsweise in den Stapelscheiben 21 bis 23 sind Hohlräume zum Durchführen der Ladeluft auch ausgebildet, die zwischen den Ladeluft- anschlussöffnungen 32, 33 verlaufen. In diesen Hohlräumen sind in bekannter Art und Weise Wellrippen 38 bis 40 angeordnet, die dazu dienen, die Ladeluft zu leiten und den Wärmeübergang zu verbessern. Radial innerhalb der Ladeluftanschlussöffnungen 32,33 ist jeweils ein weiteres Durchgangsloch 41 , 42 vorgesehen, das eine zusätzliche Kühlmittelanschlussöffnung darstellt. Die zusätzlichen Kühlmittelanschlussöffnungen 41 , 42 stellen sicher, dass ein besonders kritischer Bereich, der an dem Ende 28 der Stapelscheibe 21 durch ein Dreieck 43 markiert ist, besser gekühlt wird. Dieser Bereich ist bei herkömmlichen Wärmeübertragern schlecht durchströmt und wird deshalb bei dem erfindungsgemäßen Stapelscheiben- Wärmeübertrager zusätzlich mit Kühlmittel versorgt.
In Figur 4 ist ein Querschnitt durch das Ende 28 des Stapelscheibenblocks 26 in Figur 3 dargestellt. In der Schnittansicht sieht man, dass in den Hohlräumen zum Durchführen der Ladeluft, wie bei dem vorangegangenen Ausführungsbeispiel, jeweils eine Wellrippe 38 bis 40 angeordnet ist.
In Figur 5 ist ein Stapelscheibenblock 50, wie er in den vorangegangen Figuren gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen und Ansichten dargestellt ist, perspektivisch im Schnitt dargestellt. Der Stapelscheibenblock 50 um- fasst unter anderem drei Stapelscheiben 51 bis 53, die so aufgebaut und gestaltet sind wie die Stapelscheiben in einem der vorangegangenen Aus- führungsbeispiele. Die Stapelscheiben 51 bis 53 begrenzen von Ladeluft durchströmte Bereiche oder Schichten 55 bis 57. In den von Ladeluft durchströmten Bereichen 55 bis 57 ist jeweils eine Wellrippe 59 bis 61 angeordnet. Zwischen zwei von Ladeluft durchströmten Bereichen 55 bis 57 ist jeweils ein von Kühlmittel durchströmter Bereich oder eine von Kühlmittel durchströmte Schicht 63 bis 65 angeordnet. Das Kühlmittel in den von Kühlmittel durchströmten Schichten 63 bis 65 dient dazu, von der Ladeluft in den von Ladeluft durchströmten Bereichen 55 bis 57 ausgehende Wärme abzuführen.
Oberhalb der Anschlussöffnungen für Ladeluft (12, 13 in Figur 1 und 32, 33 in Figur 3) in den Stapelscheiben 51 bis 53 ist ein Anschlussgehäuse 66 vorgesehen. Das Anschlussgehäuse 66 weist einen zentralen Ladeluftan- schlusskanal 67 auf, der koaxial beziehungsweise in Verlängerung zu den Ladeluftanschlussöffnungen in den Stapelscheiben 51 bis 53 angeordnet ist. Außerdem weist das Anschlussgehäuse 66 einen Kühlmittelanschlusskanal 68 auf, der quer zu dem Ladeluftanschlusskanal 67 angeordnet ist. Der Kühlmittelanschlusskanal 68 mündet in einen umlaufenden Kühlmittelkanal 69, der radial außerhalb des zentralen Ladeluftanschlusskanals 67 verläuft. Unterhalb des umlaufenden Kühlmittelkanals 69 sind in den Stapelscheiben 51 bis 53 weitere Kühlmittelkanäle 71 bis 73 vorgesehen. Die Kühlmittelkanäle 71 bis 73 werden von Langlöchern in den Stapelscheiben 51 bis 53 gebildet. Diese Langlöcher sind in den vorangegangenen Beispielen mit 14 bis 16, 34 bis 36 und 44 bis 46 bezeichnet.
Bei dem Anschlussgehäuse 66 handelt es sich um ein Gussteil aus lötbarem Aluminium. Das Gussteil umfasst sowohl den Ladeluftanschlusskanal 67 als auch den Kühlmittelanschlusskanal 68. Es ist auch möglich, das Anschlussgehäuse 66 mehrteilig auszubilden.
In den Figuren 6 bis 8 ist das Anschlussgehäuse 66 in verschiedenen Ansichten allein dargestellt. Der umlaufende Kühlmittelkanal 69 dient dazu, die Außentemperatur des Anschlussgehäuses 66 gering zu halten. In der in Figur 8 dargestellten Schnittansicht sieht man, dass der umlaufende Kühlmittelkanal 69 den Ladeluftanschlusskanal 67 im Querschnitt vollständig um- gibt.
In Figur 9 ist ein Ladeluftkühler 75 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung perspektivisch dargestellt. Der Ladeluftkühler 75 umfasst einen Stapelscheibenblock 76 mit einer Vielzahl von Stapelscheiben. Der Stapel- scheibenblock 76 ist zum Beispiel so gestaltet, wie der in den Figuren 1 und 2 dargestellte Stapelscheibenblock 6. Der Stapelscheibenblock 76 kann aber auch so gestaltet sein, wie der in den Figuren 3 und 4 dargestellte Stapelscheibenblock 26. In Figur 5 ist ein Schnitt durch den Ladeluftkühler 75 perspektivisch dargestellt. Allerdings werden in Figur 5 andere Bezugszeichen verwendet als in Figur 9.
Der in Figur 9 dargestellte Stapelscheibenblock 76 ist zwischen einer Bodenplatte 77 und einem Deckel 78 angeordnet. An den Deckel 78 ist ein La- delufteingangsanschlussgehäuse 81 und ein Ladeluftausgangsanschlussge- häuse 82 angelötet. Die Anschlussgehäuse 81 und 82 können auch einstü- ckig, zum Beispiel als Gussteil, mit dem Deckel 78 ausgebildet sein. Das Ladelufteingangsanschlussgehäuse 81 umfasst einen Ladelufteingangsan- schluss 84 und einen Kühlmittelausgangsanschluss 85. Das Ladeluftaus- gangsanschlussgehäuse 82 umfasst einen Ladeluftausgangsanschluss 87 und einen Kühlmitteleingangsanschluss 88.
Die erfindungsgemäße Gestaltung des Ladeluftkühlers 75 liefert den Vorteil, dass die Bauteilaußentemperatur unter 200 Grad Celsius gehalten werden kann. Außerdem werden durch die erfindungsgemäße Gestaltung des Lade- iuftkühlers 75 die Fertigungskosten reduziert. Zudem liefert der erfindungsgemäße Ladeluftkühler variablere Anschlussmöglichkeiten als herkömmliche Ladeluftkühler. Des Weiteren können die im Betrieb des Ladeluftkühlers auftretenden Temperaturgradienten reduziert werden. Dadurch können größere Aufbauhöhen ermöglicht werden. Die maximale Bauteilaußentemperatur er- gibt sich aus der maximalen Kühlmitteltemperatur und ist vorzugsweise kleiner als 200 Grad Celsius. Dadurch ist ein Einsatz auf Schiffen möglich. Außerdem wird ein Sieden des Kühlmittels sicher verhindert. Zudem wird eine bessere Standfestigkeit und höhere Leistung des Ladeluftkühlers ermöglicht. Durch die Verwendung von lötbarem Guss kann ein Anschweißen von An- Schlussteilen nach dem Löten entfallen. Die Verwendung eines Gussteils liefert darüber hinaus den Vorteil, dass die Anschlüsse zu weiteren Bauteilen flexibel realisiert werden können.
Mit dem erfindungsgemäßen Ladeluftkühler können sowohl Reihen- als auch Parallelschaltungen von mehreren Kühlern realisiert werden. Die Bauteiltemperatur wird auch im Bereich des Ladelufteintritts auf das Niveau der Kühlmitteltemperatur abgesenkt. Dadurch können unerwünschte Spannungen im Ladeluftkühler wesentlich reduziert werden. Durch diese Maßnahme sind außerdem größere Aufbauhöhen, das heißt ein Übereinanderstapeln einer größeren Anzahl von Stapelscheiben möglich. Zudem kann der Druckverlust des Ladeluftkühlers auf der Ladeluft- und Kühlmittelseite reduziert sowie eine höhere Wärmeleistung übertragen werden.
In Figur 10 ist ein Ladeluftkühler 90 dargestellt, der vier Anschlussgehäuse 91 bis 94 aufweist. Das Anschlussgehäuse 91 umfasst einen ersten Lade- lufteingangsanschluss 95 und einen ersten Kühlmittelausgangsanschluss 96. Das Anschlussgehäuse 92 umfasst einen ersten Kühlmitteleingangsan- schluss 97 und einen ersten Ladeluftausgangsanschluss 98. Das Anschlussgehäuse 93 umfasst einen zweiten Ladelufteingangsanschluss 99 und einen zweiten Kühlmittelausgangsanschluss 100. Das Anschlussgehäuse 94 umfasst einen zweiten Kühlmitteleingangsanschluss 101 und einen zweiten Ladeluftausgangsanschluss 102.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel können die Ladeluftanschlüsse 95 und 99 auch verschlossen sein. In diesem Fall würde die Ladeluft durch den Ladeluftanschluss 102 des Anschlussgehäuses 94 in den Ladeluftkühler 90 eintreten. Durch Pfeile 104 bis 108 ist der Verlauf der Ladeluft in dem Ladeluftkühler 90 angedeutet. Die Ladeluft würde in dem Ladeluftkühler 90 zunächst einen Hochtemperatur- und dann einen Niedertemperatur-Kreislauf durchlaufen und an dem Ladeluftanschluss 98 des Anschlussgehäuses 92 aus dem Ladeluftkühler 90 austreten. Das Anschlussgehäuse 93 wurde in diesem Fall nur einen Hochtemperatur-Kühlmitteleingangsanschluss aufweisen. Der zugehörige Hochtemperatur-Kühlmittelausgangsanschluss 101 wäre in dem Anschlussgehäuse 94 vorgesehen. Das Anschlussgehäuse 91 würde dann nur einen Niedertemperatur-Kühlmitteleingangsanschluss umfassen. Der zugehörige Niedertemperatur-Kühlmittelausgangsanschluss 97 wäre dann in dem Anschlussgehäuse 92 vorzusehen.
In Figur 11 ist die Realisierung eines Hoch- und eines Niedertemperatur- kreislaufs mit zwei erfindungsgemäßen Ladeluftkühlern 111 , 112 perspektivisch dargestellt. Der erste Ladeluftkühler 111 umfasst ein Niedertempera- tur-Kühlmitteleingangsanschlussgehäuse 114 und ein Niedertemperatur- Kühlmittelausgangsanschlussgehäuse 115. An das Niedertemperatur- Kühlmittelausgangsanschlussgehäuse 115 ist ein Hochtemperatur- Kühlmitteleingangsanschlussgehäuse 116 des zweiten Ladeluftkühlers 112 angeschlossen. Außerdem weist der zweite Ladeluftkühler 112 ein Hoch- temperatur-Kühlmittelausgangsanschlussgehäuse 117 auf. Somit bildet der erste Ladeluftkühler 111 einen Niedertemperatur-Ladeluftkühler. Der zweite Ladeluftkühler 112 bildet einen Hochtemperatur-Ladeluftkühler. Die Ladeluft tritt durch einen Ladelufteingangsanschluss 119 durch das Niedertempera- tur-Kühlmitteleingangsanschlussgehäuse 114 in den ersten Ladeluftkühler 111 ein. Das Hochtemperatur-Kühlmittelausgangsanschlussgehäuse 117 ist mit dem zugehörigen Ladeluftausgangsanschluss 120 versehen.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Stapeischeiben-Wärmeübertrager, insbesondere Ladeluftkühler, mit mehreren aufeinander gestapelten und miteinander verbundenen, insbesondere verlöteten, insbesondere länglichen Scheiben (1-3;21- 23;51-53), die einen Hohlraum (55-57) zum Durchführen eines zu kühlenden Mediums, wie zum Beispiel Ladeluft, insbesondere in Längs- richtung der Scheiben und einen weiteren Hohlraum (63-65) zum
Durchführen eines Kühlmittels begrenzen, wobei die Scheiben (1- 3;21-23;51-53) jeweils einen Eingangsanschluss und einen Aus- gangsanschluss für das zu kühlende Medium aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass sich mindestens ein Kühlmittelanschluss (14- 16;34-36;44-46) teilweise um einen Anschluss (12,13;32,33) für das zu kühlende Medium herum erstreckt.
2. Stapelscheiben-Wärmeübertrager nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Kühlmittelanschlüsse (14-16;34-36;44-46) teilweise um den Anschluss (12,13;32,33) für das zu kühlende Medium herum angeordnet sind.
3. Stapelscheiben-Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich mindestens ein Kühl- mitteleingangsanschluss (14-16;34-36;44-46) teilweise um den Aus- gangsanschluss (12,13;32,33) für das zu kühlende Medium herum erstreckt.
4. Stapelscheiben-Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Kühlmittelein- gangsanschlüsse (44-46) teilweise um den Ausgangsanschluss (33) für das zu kühlende Medium herum angeordnet sind.
5. Stapelscheiben-Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Eingangsanschluss
(12;32) und/oder der Ausgangsanschluss (13;33) für das zu kühlende Medium jeweils von einem Durchgangsloch durch die Scheibe gebildet werden/wird, das im Wesentlichen die Gestalt eines Kreissegments, insbesondere eines Halbkreises, oder einer Halbkreisring- scheibe oder eines kreisbogenförmig gekrümmten Langlochs aufweist.
6. Stapelscheiben-Wärmeübertrager nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlmitteleingangsanschluss und/oder die Kühlmit- teleingangsanschlüsse und/oder der Kühlmittelausgangsanschluss und/oder die Kühlmittelausgangsanschlüsse jeweils von einem Durchgangsloch (14-16;34-36;44-46) durch die Scheibe gebildet werden/wird, das im Wesentlichen die Gestalt einer Halbkreisringscheibe oder eines kreisbogenförmigen Langlochs aufweist, die beziehungs- weise das den Eingangsanschluss beziehungsweise den Ausgangsanschluss für das zu kühlende Medium teilweise umgibt.
7. Stapelscheiben-Wärmeübertrager nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein weiterer Kühlmitteleingangsanschluss (41 ,42) beziehungsweise Kühlmittelausgangsanschluss (42,41 ) im Bereich des Zentrums der Halbkreisringscheibe oder des kreisbogenförmigen Langlochs angeordnet ist, die beziehungsweise das den Ausgangsanschluss beziehungsweise den Eingangsanschluss für das zu kühlende Medium bildet.
8. Stapelscheiben-Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Anschlussgehäuse (66), das sowohl einen Anschluss (67) für das zu kühlende Medium als auch einen Anschluss (68) für das Kühlmittel aufweist.
9. Stapelscheiben-Wärmeübertrager nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlussgehäuse (66) einen umlaufenden Kanal (69) für das Kühlmittel aufweist, der sich um einen Anschlusskanal (67) für das zu kühlende Medium herum erstreckt.
10. Stapelscheiben-Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheiben (1-3;21- 23;51-53) und/oder das Anschlussgehäuse aus lötbarem Aluminium gebildet sind/ist.
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