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DE102006056493A1 - Heat exchanger for internal-combustion engine, has partition wall provided in shell segments between accumulative cavities, where partition wall extends upto one cavity and is partitioned into subspaces - Google Patents

Heat exchanger for internal-combustion engine, has partition wall provided in shell segments between accumulative cavities, where partition wall extends upto one cavity and is partitioned into subspaces Download PDF

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Abstract

The exchanger (1) has shell segments (2) with accumulative cavities (6, 7) staying in connection with each other at an end region. A medium i.e. cooling agent, flows through the shell segments, and another medium i.e. cooling air, flows through a flow channel. A partition wall (5) is provided in the shell segments between the accumulative cavities, where the partition wall extends upto one of the accumulative cavities and is partitioned into subspaces (8, 9). The partition wall is centrically arranged in the shell segments and the accumulative cavity.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Wärmetauscher, insbesondere für Brennkraftmaschinen, mit Schalensegmenten, die vorzugsweise an den Endbereichen miteinander in Verbindung stehende Sammelräume aufweisen, und mit zumindest zwei Anschlussstutzen, wobei die Schalensegmente von einem ersten Medium, insbesondere Kühlmittel, und zwischen den Schalensegmenten gebildete Strömungskanäle von einem zweiten Medium, insbesondere Kühlluft, durchströmt sind.The The invention relates to a heat exchanger, in particular for internal combustion engines, with shell segments, preferably at the end regions with each other related collection rooms have, and with at least two connecting pieces, wherein the shell segments from a first medium, in particular coolant, and between the Tray segments formed flow channels of one second medium, in particular cooling air, flows through are.

Ein derartiger Wärmetauscher ist aus der DE 37 42 059 A1 bekannt. Dieser Wärmetauscher weist eine größere Anzahl von Schalensegmenten auf, die als Kühlerblock nebeneinander angeordnet sind. Die Endbereiche der einzelnen Schalensegmente stehen über Öffnungen miteinander in Verbindung, an die je ein Anschlussstutzen angeschlossen ist.Such a heat exchanger is from the DE 37 42 059 A1 known. This heat exchanger has a larger number of shell segments, which are arranged side by side as a cooler block. The end regions of the individual shell segments are connected to each other via openings, to each of which a connection piece is connected.

Bei nur geringen Durchflussmengen an Kühlmittel kann die erforderliche Kühlleistung oft nur mit überproportional vergrößerten Wärmetauschern realisiert werden. Eine deutliche Verbesserung des Wärmeübergangs würde mit höheren Strömungsgeschwindigkeiten erreicht. Höhere Strömungsgeschwindigkeiten können durch höhere Durchflussmengen erreicht werden. Diese höheren Durchflussmengen würden aber den Einsatz von leistungsfähigeren Pumpen und eine entsprechende Anpassung der Strömungsleitungen erfordern.at only small flow rates of coolant can be the required cooling capacity often only with disproportionate enlarged heat exchangers will be realized. A significant improvement in the heat transfer would with higher flow rates reached. higher flow rates can through higher Flow rates can be achieved. But these higher flow rates would the use of more powerful Require pumps and a corresponding adjustment of the flow lines.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gattungsbildenden Wärmetauscher so zu verbessern, dass er mit verschiedenen Strömungsgeschwindigkeiten bei zumindest weitgehend unveränderten Durchflussmengen ohne wesentliche bauliche Änderungen durchströmt werden kann.Of the Invention is based on the object, a generic heat exchanger so as to improve it with different flow velocities at least largely unchanged Flow rates are flowed through without significant structural changes can.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass in den Schalensegmenten zwischen den Endbereichen zumindest je eine Trennwand vorgesehen ist. Vorzugsweise reicht die Trennwand bis in den Sammelraum des einen Endbereichs und teilt auch diesen in zwei Teilräume auf.These Task is solved by that in the shell segments between the end regions at least each a partition is provided. Preferably, the partition extends into the plenum of one end area and also shares this in two subspaces on.

Durch diese Ausgestaltung kann der Zu- und Ablauf des Kühlmittels so gesteuert werden, dass es zuerst den einen Teil, vorzugsweise auf der Kühlluftaustrittsseite, die die Schalensegmente des Wärmetauschers quer durchströmt, geleitet wird und dann im zweiten Schritt den zweiten Teil auf der Kühllufteintrittsseite durchströmt. Es können auch je nach Wärmetauschergröße zwei oder mehr Trennwände vorgesehen werden, sodass eine mehrfache Umkehr erfolgt. Es handelt sich dabei um das Prinzip der Kreuzgegenstrom-Durchströmung.By This configuration can be the inlet and outlet of the coolant be controlled so that it is the first part, preferably on the cooling air outlet side, the shell segments of the heat exchanger flows through, and then in the second step the second part on the Cooling air inlet side flows through. It can also depending on the heat exchanger size two or more partitions provided become a multiple reversal. These are to the principle of cross-countercurrent flow.

Der Wärmeübergang wird durch höhere Strömungsgeschwindigkeiten, insbesondere höhere Turbulenzen, erhöht, wozu innerhalb der Schalen der Schalensegmente Vorsprünge, Vertiefungen und dergleichen angeordnet sind. Die vorgeschlagene Durchströmung führt bei der jeweiligen Strömungspassage zu größeren Temperaturunterschieden zwischen erstem und zweitem Medium, was zu einer verbesserten Kühlleistung führt.Of the Heat transfer is due to higher flow rates, especially higher turbulences, elevated, for which within the shells of the shell segments projections, depressions and the like are arranged. The proposed flow leads the respective flow passage to larger temperature differences between the first and second medium, resulting in improved cooling performance leads.

Vorzugsweise ist die Trennwand in den Schalensegmenten und den Sammelräumen mittig angeordnet und halbiert die inneren Strömungsquerschnitte.Preferably the partition is arranged centrally in the shell segments and the collecting spaces and halves the internal flow cross sections.

Die Trennwand wird vorzugsweise durch eine Rippe in einer Schale der Schalensegmente gebildet, die im Wesentlichen dichtend mit einer zweiten Schale in Verbindung steht. Diese Rippe wird insbesondere durch eine Prägung in der Schale erzeugt. Vorzugsweise sind in beiden Schalen Rippen beziehungsweise Prägungen vorgesehen, die einander gegenüberstehen und dichtend miteinander verbunden, vorzugsweise verlötet, sind.The Partition is preferably by a rib in a shell of the Shell segments are formed, which are substantially sealing with a second shell communicates. This rib will in particular by an imprint produced in the shell. Preferably, ribs are in both shells or imprints provided, which face each other and sealingly connected, preferably soldered, are.

Die Trennwand kann aber auch als getrenntes Bauteil hergestellt werden und in zumindest einer Rille einer ersten Schale angeordnet und im Wesentlichen dichtend mit einer zweiten Schale in Verbindung stehen. Es kann natürlich auch in jeder Schale je eine Rille vorgesehen sein, in die die Trennwand eingesetzt ist.The Partition can also be made as a separate component and arranged in at least one groove of a first shell and essentially sealingly connected to a second shell stand. It can, of course also be provided in each shell depending on a groove into which the partition used is.

In weiterer Ausgestaltung weist der erfindungsgemäße Wärmetauscher nicht nur an dem Sammelraum mit den Teilräumen, sondern vorzugsweise auch auf dem gegenüberliegenden Sammelraum einen Anschlussstutzen auf, so dass bei Bedarf die Schalensegmente, wie aus dem Stand der Technik bekannt, nur in einer Richtung durchströmt werden können, kreuzweise zu dem zweiten Medium. Dabei können dann die entsprechenden Anschlussstutzen an dem Sammelraum mit den Teilräumen zu einem Anschlussstutzen zusammengefasst werden. Die Art der Durchströmung der Schalensegmente wird also durch entsprechende Anordnung oder Schaltung der Anschlussstutzen bestimmt.In Another embodiment, the heat exchanger according to the invention not only at the collecting space with the subspaces, but preferably also on the opposite plenum one Connecting piece on, so that if necessary, the shell segments, such as known from the prior art, to be flowed through in one direction only can, crosswise to the second medium. It can then the appropriate Connecting piece at the collecting space with the subspaces to a connecting piece be summarized. The type of flow through the shell segments is So by appropriate arrangement or circuit of the connection piece certainly.

Zur Verbesserung des Wärmeübergangs zwischen den Schalensegmenten sind dort vorzugsweise Turbolatoren angebracht.to Improvement of the heat transfer between The shell segments are preferably mounted there turbulators.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnungen verwiesen, in denen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung vereinfacht dargestellt ist. Es zeigen:to further explanation The invention is directed to the drawings, in which an embodiment the invention is shown simplified. Show it:

1 eine perspektivische Ansicht eines Wärmetauschers gemäß der Erfindung, 1 a perspective view of a heat exchanger according to the invention,

2 eine skizzierte Ansicht eines Wärmetauschers gemäß 1 mit Schnitt durch ein 2-fach durchströmtes Schalensegment und 2 a sketched view of a heat exchanger according to 1 with a section through a 2-flow through shell segment and

3 eine Ansicht eines Wärmetauschers gemäß 1 mit Schnitt durch ein 1-fach durchströmtes Schalensegment und mit an beiden Enden vorgesehenen Anschlussstutzen. 3 a view of a heat exchanger according to 1 with a section through a 1-way flowed through shell segment and provided at both ends connecting piece.

In den 1 bis 3 ist, soweit im Einzelnen dargestellt, mit 1 ein Wärmetauscher bezeichnet, der mehrere aufeinander gestapelte Schalensegmente 2 aufweist, die zu einem Kühlerblock zusammengefasst sind. Die Schalensegmente 2 haben, in den Figuren nicht ersichtlich, je zwei Schalen, die zu einem Schalensegment 2 ausgebildet sind. Innerhalb der Schalensegmente 2 sind vorzugsweise in die Schalen eingeprägte Vorsprünge 3 oder eingelassene Turbolatoren vorgesehen, die den Wärmeübergang verbessern. Zwischen den Schalensegmenten 2 sind mit 4 bezeichnete Lamellen angeordnet, die jeweils an den Schalen der Schalensegmente 2 angelötet sind und die Strömungskanäle zwischen den Schalensegmenten 2 für Kühlluft, die mit dem Pfeil 14 angedeutet ist, herstellen und mit den Schalensegmenten 2 den Kühlerblock bilden. Innerhalb der Schalensegmente 2 ist eine mit 5 bezeichnete Trennwand eingearbeitet, die als Rippe in einer oder beiden Schalen eines Schalensegmentes 2 ausgebildet sein kann. Die Schalen der Schalensegmente 2 haben an ihren Endbereichen Öffnungen, so dass Sammelräume 6 und 7 entstehen, die die Schalensegmente 2 miteinander verbinden. Die Trennwand 5 ist dabei so weit verlängert, dass sie den Sammelraum 7 in zwei Teilräume 8 und 9 trennt. In 1 sind in den Teilräumen 8 und 9 sowie im Sammelraum 6 weiterhin Pfeile eingezeichnet, die den Ein- und Austritt des Kühlmittels und die Umkehr des Kühlmittelstroms darstellen.In the 1 to 3 is, as far as shown in detail, with 1 a heat exchanger, the plurality of stacked shell segments 2 has, which are combined to form a radiator block. The shell segments 2 have, not apparent in the figures, two shells each, leading to a shell segment 2 are formed. Inside the shell segments 2 are preferably embossed into the shells projections 3 or recessed turbulators provided, which improve the heat transfer. Between the shell segments 2 are with 4 designated lamellae arranged respectively on the shells of the shell segments 2 are soldered and the flow channels between the shell segments 2 for cooling air, with the arrow 14 is indicated, manufacture and with the shell segments 2 form the radiator block. Inside the shell segments 2 is one with 5 designated partition, which serves as a rib in one or both shells of a shell segment 2 can be trained. The cups of the cup segments 2 have at their end openings, so that collection spaces 6 and 7 arise, which the shell segments 2 connect with each other. The partition 5 is extended so far that they are the collection space 7 in two subspaces 8th and 9 separates. In 1 are in the subspaces 8th and 9 as well as in the collection room 6 Furthermore, arrows are drawn, which represent the inlet and outlet of the coolant and the reversal of the coolant flow.

Im Ausführungsbeispiel gemäß 2 ist an beiden Teilräumen 8 und 9 je ein Anschlussstutzen 10 und 11 angeschlossen, so dass die Schalensegmente 2 aufgrund der Trennwand 5 in beiden Richtungen hin und her durchströmt werden, wie den Pfeilen zu entnehmen ist. An den Sammelraum 6 ist dabei kein Anschlussstutzen angebaut, sondern eine gegebenenfalls vorhandene Öffnung mit einer Blindplatte verschlossen.In the embodiment according to 2 is at both subspaces 8th and 9 one connecting piece each 10 and 11 connected so that the shell segments 2 due to the partition wall 5 flow through in both directions, as can be seen from the arrows. To the collection room 6 In this case, no connection piece is attached, but an optionally existing opening is closed with a blanking plate.

Im Ausführungsbeispiel gemäß 3 sind Anschlussstutzen 12 und 13 angebaut, so dass, da der Anschlussstutzen 12 mit beiden Teilräumen 8 und 9 in Verbindung steht, der Wärmetauscher 1 parallel auf beiden Seiten der Trennwand 5 in der gleichen Richtung durchströmt wird. Damit ist ein herkömmlicher Wärmetauscher 1 geschaffen.In the embodiment according to 3 are connecting pieces 12 and 13 grown, so that, since the connecting piece 12 with both subspaces 8th and 9 communicating, the heat exchanger 1 parallel on both sides of the partition 5 flows through in the same direction. This is a conventional heat exchanger 1 created.

Es wird darauf hingewiesen, dass der Wärmetauscher 1, wie in 2 dargestellt, zusätzlich zu den Anschlussstutzen 10 und 11 auf der gegenüberliegenden Seite am Sammelraum 6, wie in 3 dargestellt, einen Anschlussstutzen 13 haben kann, so dass je nach Beaufschlagung der Anschlussstutzen der Wärmetauscher 1 gemäß 2 oder gemäß 3 durchströmt werden kann. Auch ist dadurch eine Aufteilung der Durchflussmenge in dem Wärmetauscher möglich, wenn durch den Anschlussstutzen 13 der Kühlmittelzustrom erfolgt. Auch ist es denkbar, bei dem solchermaßen ausgebildeten Wärmetauscher bedarfsweise den Anschlussstutzen in geeigneter Weise zu verschließen, um einen Kühlmittelstrom gemäß 2 zu erreichen. Diese Ausbildung hat den Vorteil, dass mit einer einzigen Ausführungsform alle Strömungsvarianten abdeckbar sind.It should be noted that the heat exchanger 1 , as in 2 shown, in addition to the connecting piece 10 and 11 on the opposite side of the collection room 6 , as in 3 shown, a connecting piece 13 may have, so that depending on the application of the connecting piece of the heat exchanger 1 according to 2 or according to 3 can be flowed through. This also makes it possible to divide the flow rate in the heat exchanger when passing through the connecting piece 13 the coolant flow takes place. It is also conceivable, in the thus formed heat exchanger, if necessary, to close the connecting piece in a suitable manner in accordance with a coolant flow 2 to reach. This design has the advantage that all flow variants can be covered with a single embodiment.

11
Wärmetauscherheat exchangers
22
Schalensegmenteshell segments
33
Vorsprüngeprojections
44
Lamellenslats
55
Trennwandpartition wall
6, 76 7
Sammelräumeplenums
8, 98th, 9
Teilräumesubspaces
10, 1110 11
Anschlussstutzenspigot
12, 1312 13
Anschlussstutzenspigot
1414
Pfeilarrow

Claims (6)

Wärmetauscher (1), insbesondere für Brennkraftmaschinen, mit Schalensegmenten (2), die vorzugsweise an den Endbereichen miteinander in Verbindung stehende Sammelräume (6, 7) aufweisen, und mit zumindest zwei Anschlussstutzen (10, 11, 12, 13), wobei die Schalensegmente (2) von einem ersten Medium, insbesondere Kühlmittel, und zwischen den Schalensegmenten (2) gebildete Strömungskanäle von einem zweiten Medium, insbesondere Kühlluft, durchströmt sind, dadurch gekennzeichnet, dass in den Schalensegmenten (2) zwischen den Sammelräumen (6, 7) eine Trennwand (5) vorgesehen ist und dass die Trennwand (5) bis in den Sammelraum (7) hineinragt und diesen in Teilräume (8, 9) aufteilt.Heat exchanger ( 1 ), in particular for internal combustion engines, with shell segments ( 2 ), the preferably at the end regions related collecting spaces ( 6 . 7 ), and with at least two connecting pieces ( 10 . 11 . 12 . 13 ), wherein the shell segments ( 2 ) of a first medium, in particular coolant, and between the shell segments ( 2 ) flow channels through which a second medium, in particular cooling air, are flowed through, characterized in that in the shell segments ( 2 ) between the collecting spaces ( 6 . 7 ) a partition wall ( 5 ) is provided and that the partition ( 5 ) to the collection room ( 7 ) and projects it into subspaces ( 8th . 9 ). Wärmetauscher (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennwand (5) in dem Schalensegment (2) und dem Sammelraum (7) mittig angeordnet ist.Heat exchanger ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the partition wall ( 5 ) in the shell segment ( 2 ) and the collection room ( 7 ) is arranged centrally. Wärmetauscher (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennwand (5) durch zumindest eine geprägte Rippe in einer Schale eines Schalensegments (2) gebildet ist, die im Wesentlichen dichtend mit einer zweiten Schale in Verbindung steht.Heat exchanger ( 1 ) according to one of claims 1 or 2, characterized in that the partition wall ( 5 ) by at least one embossed rib in a shell of a shell segment ( 2 ) substantially sealingly communicating with a second shell. Wärmetauscher (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennwand (5) als getrenntes Bauteil hergestellt und in zumindest einer Rille einer Schale angeordnet und mit beiden Schalen im Wesentlichen dichtend in Verbindung steht.Heat exchanger ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the partition ( 5 ) is manufactured as a separate component and arranged in at least one groove of a shell and is in sealing contact with both shells substantially. Wärmetauscher (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an jeden Teilraum (8, 9) ein Anschlussstutzen (10, 11) angebracht ist.Heat exchanger ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that to each subspace ( 8th . 9 ) a connecting piece ( 10 . 11 ) is attached. Wärmetauscher (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in den Schalensegmenten (2) und/oder in den Räumen zwischen den Schalensegmenten (2) den Wärmeübergang verbessernden Mittel, zum Beispiel Vorsprünge (3), Vertiefungen und/oder Lamellen (4), vorgesehen sind.Heat exchanger ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that in the shell segments ( 2 ) and / or in the spaces between the shell segments ( 2 ) heat transfer enhancing agents, for example protrusions ( 3 ), Depressions and / or lamellae ( 4 ) are provided.
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