EP1795847A2

EP1795847A2 - Heat exchanger, more particularly charged air cooler

Info

Publication number: EP1795847A2
Application number: EP06024366A
Authority: EP
Inventors: Bernhard Lamich; Denis Bazika
Original assignee: Modine Manufacturing Co
Current assignee: Modine Manufacturing Co
Priority date: 2005-12-09
Filing date: 2006-11-24
Publication date: 2007-06-13
Also published as: DE102005058769A1; EP1795847A3; US7793710B2; US20070193731A1; DE102005058769B4

Abstract

The heat exchanger has flat pipes (1), and corrugated ribs (2). A connecting plate (5) fixes the heat exchanger or intercooler in a housing, where individual parts of the intercooler are soldered with each other. A set of manifolds (3.2 - 3.4) is provided, and flat pipes-corrugated ribs rows are arranged consecutively in a flow direction of supercharged air. The plate is arranged at a front side of the manifolds.

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, insbesondere einen Ladeluftkühler, mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein Ladeluftkühler ist aus DE 43 07 503 A1 bekannt. Die Anschlussplatte ist dort einteilig. Es sind dort keine einteiligen Flachrohre vorhanden, sondern Wärmetauscherplatten, die Flachrohre bilden.
Ferner ist ein Wärmetauscher, der vermutlich auch ein Ladeluftkühler ist, aus der DE 44 07 080 A1 bekannt. Eine Anschlussplatte ist dort nicht gezeigt oder beschrieben worden. Die Flachrohre werden ebenfalls aus Platten gebildet.
Von diesem Stand der Technik geht die vorliegende Erfindung aus, wobei sich die Erfinder die Aufgabe gestellt haben, die Anzahl der Einzelteile des Wärmetauschers zu reduzieren, was zu einer besseren Herstellbarkeit führen kann.The invention relates to a heat exchanger, in particular a charge air cooler, with the features of the preamble of claim 1.
A charge air cooler is off DE 43 07 503 A1 known. The connection plate is there in one piece. There are no one-piece flat tubes available there, but heat exchanger plates that form flat tubes.
Furthermore, a heat exchanger, which is probably also a charge air cooler, from the DE 44 07 080 A1 known. A connection plate has not been shown or described there. The flat tubes are also formed from plates.
From this prior art, the present invention is based, wherein the inventor have set the task of reducing the number of individual parts of the heat exchanger, which can lead to a better manufacturability.

Die erfindungsgemäße Lösung erfolgt mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Der vorliegende Vorschlag sieht vor, ein an und für sich, beispielsweise für Parallelstromkondensatoren, bekanntes Bauprinzip für Wärmetauscher auf einen Ladeluftkühler zu übertragen, der in einem von der Ladeluft durchströmbaren Gehäuse angeordnet ist. Die Eigenartigkeit des Designs besteht ferner darin, dass das an und für sich bekannte Bauprinzip mit einer speziellen Anschlussplatte ausgerüstet wurde.The solution according to the invention is carried out with the features of claim 1.
The present proposal envisages transferring a construction principle for heat exchangers known per se, for example for parallel-flow condensers, to a charge air cooler which is arranged in a housing through which the charge air can flow. The peculiarity of the design further consists in the fact that the construction principle known per se was equipped with a special connection plate.

Weil wenigstens vier Sammelrohre vorhanden sind, wobei das Kühlmittel wenigstens einen Hinweg beschreibt, der zwischen dem ersten und dem zweiten Sammelrohr liegt und einen in entgegen gesetzter Richtung verlaufenden Rückweg, der zwischen dem dritten und dem vierten Sammelrohr liegt, wobei der Hinweg und der Rückweg, in Strömungsrichtung der Ladeluft gesehen, in hintereinander angeordneten Flachrohr-Wellrippen-Ebenen vorgesehen ist, wurde die Herstellbarkeit verbessert. Es sind wesentlich kürzere Löt - Verbindungen vorhanden, wodurch die Gefahr von Leckagen entsprechend reduziert wurde. Dabei kann das erste und das vierte Sammelrohr als Doppelrohr ausgebildet sein und das zweite und dritte Sammelrohr kann ebenfalls ein Doppelrohr sein.
Die Sammelrohre bestehen aus runden, viereckigen oder aus ovalen Rohren, die eine Reihe von Schlitzen aufweisen, um die Enden der Flachrohre aufzunehmen. Das Vorsehen von Aufnahmeschlitzen führt zu einer kostengünstigen Herstellung für Wärmetauscher, die auch dichte Lötverbindungen ergibt.Because there are at least four headers, the coolant defining at least one wayway located between the first and second headers and an oppositely directed return path located between the third and fourth headers, the way and the way back, seen in the flow direction of the charge air, is provided in successively arranged flat-tube corrugated rib levels, the manufacturability has been improved. There are much shorter solder joints available, reducing the risk of leakage. In this case, the first and the fourth manifold may be formed as a double tube and the second and third manifold may also be a double tube.
The headers consist of round, square or oval tubes, which have a series of slots to accommodate the ends of the flat tubes. The provision of receiving slots leads to a cost-effective production for heat exchangers, which also results in dense solder joints.

Die Sammelrohre erstrecken sich parallel zueinander.
Die Anschlussplatte ist mehrteilig, vorzugsweise zweiteilig, ausgebildet. Das eine Teil der Anschlussplatte ist ein Rahmenteil und das andere Teil ist ein flächiges Teil.The headers extend parallel to each other.
The connection plate is multi-part, preferably in two parts, formed. One part of the connection plate is a frame part and the other part is a flat part.

Die Strömungsverbindung zwischen dem zweiten Sammelrohr und dem dritten Sammelrohr erfolgt in einer bevorzugten Alternative über die Anschlussplatte. Dort, im Rahmenteil der Anschlussplatte, wurde ein Überströmdom ausgebildet.
Das flächige Teil weist wenigstens vier Öffnungen auf, die die Enden der Sammelkästen aufnehmen.The flow connection between the second manifold and the third manifold takes place in a preferred alternative via the connection plate. There, in the frame part of the connection plate, a Überströmdom was formed.
The planar part has at least four openings which receive the ends of the collecting tanks.

Das flächige Teil ist muldenartig abgesetzt, wobei die Mulde an der äußersten Wellrippe aufliegt. Das Rahmenteil liegt flach auf dem umlaufenden Rand der Mulde auf.The flat part is trough-like deposited, the trough rests on the outermost corrugated fin. The frame part lies flat on the circumferential edge of the trough.

Als eine andere Alternative dazu ist die Strömungsverbindung zwischen dem zweiten Sammelrohr und dem dritten Sammelrohr am der Anschlussplatte gegenüberliegenden Ende der beiden Sammelrohre oder nahe diesem Ende vorgesehen.As another alternative, the flow connection between the second header and the third header is provided at the terminal plate opposite end of the two headers or near this end.

Die Flachrohre sind einteilig ausgebildet. Beispielsweise handelt es sich um mit einer Längsnaht geweißte Flachrohre oder um ein Halbzeug, beispielsweise um gezogene oder extrudierte Flachrohre.
Am der Anschlussplatte gegenüberliegenden Ende der Sammelrohre befindet sich eine weitere Platte, die die Enden der Sammelrohre verschließt und die eine Abschlussplatte sein kann.The flat tubes are integrally formed. For example, it concerns flat tubes whitened with a longitudinal seam or a semifinished product, for example drawn or extruded flat tubes.
At the terminal plate opposite end of the headers there is another plate which closes the ends of the headers and may be an end plate.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beiliegenden Zeichnungen in einem Ausführungsbeispiel beschrieben. Die Beschreibung enthält weitere Merkmale und Wirkungen, die möglicherweise von größerer Bedeutung sind als zurzeit vermutet wird.

Die Fig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht des Wärmetauschers.
Die Fig. 2 zeigt ein Schnitt durch den Wärmetauscher.
Die Fig. 3 zeigt den Wärmetauscher in einer Explosionsdarstellung.
Die Fig. 4 zeigt ebenfalls eine perspektivische Ansicht eines modifizierten Wärmetauschers. Die Fig. 5 zeigt einen Schnitt durch den Wärmetauscher der Fig. 4. Die Fig. 6 zeigt eine Frontansicht des Wärmetauschers. Die Fig. 7 -12 zeigen Schnitte gemäß der Benennung in der Fig. 6. Die Fig. 13 zeigt den im Gehäuse angeordneten Wärmetauscher.

The invention will be described below with reference to the accompanying drawings in an embodiment. The description contains other features and effects that may be more significant than currently believed.

Fig. 1 shows a perspective view of the heat exchanger.
Fig. 2 shows a section through the heat exchanger.
Fig. 3 shows the heat exchanger in an exploded view.
Fig. 4 also shows a perspective view of a modified heat exchanger. FIG. 5 shows a section through the heat exchanger of FIG. 4. FIG. 6 shows a front view of the heat exchanger. FIGS. 7-12 show sections according to the designation in FIG. 6. FIG. 13 shows the heat exchanger arranged in the housing.

Bei dem Gehäuse 6 (Fig. 13) kann es sich um den Luftansaugstutzen bzw. um den Luftansaugkanal einer nicht gezeigten Brennkraftmaschine handeln, durch den die von einem ebenfalls nicht gezeigten Kompressor bzw. vom Turbolader verdichtete und aufgrund des Verdichtungsvorgangs erhitzte Ladeluft hindurchströmt, um als Verbrennungsluft in die Zylinder der Brennkraftmaschine zu gelangen. Um den Füllungsgrad der Zylinder und somit die Wirksamkeit der Aufladung anzuheben, ist bekanntlich eine Kühlung der Ladeluft notwendig, die mittels des Ladeluftkühlers durchgeführt wird.
Der Ladeluftkühler weist wenigstens vier Sammelrohre 3.1 - 3.4 auf, die die Sammelkästen 3 darstellen. Im Ausführungsbeispiel wurden keine beispielsweise extrudierten Doppelrohre vorgesehen sondern vier einzelne Sammelrohre. Das Kühlmittel beschreibt wenigstens einen Hinweg, der zwischen dem ersten und dem zweiten Sammelrohr 3.1, 3.2 liegt und wenigstens einen in entgegengesetzter Richtung verlaufenden Rückweg, der zwischen dem dritten und dem vierten Sammelrohr 3.3, 3.4 liegt, wobei der Hinweg in wenigstens einer Flachrohr 1 - Wellrippen 2 - Reihe und der Rückweg in wenigstens einer anderen Flachrohr 1 - Wellrippen 2 - Reihe vorgesehen ist, die, in Strömungsrichtung der Ladeluft gesehen, hintereinander angeordnet sind. Die Strömungsrichtung der Ladeluft steht etwa senkrecht auf den Wellrippen 2, um dieselben durchströmen zu können. Die Strömungsrichtung des Kühlmittels ergibt sich durch die an den Anschlussstutzen 4 in der Fig. 1 eingezeichneten Blockpfeile. Diese Art der Durchströmung wird oft als Kreuzgegenstrom bezeichnet.
Alle Einzelteile des Ladeluftkühlers sind Aluminiumteile, die im Lötofen verbunden worden sind.
Die Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch die von den Anschlussstutzen 4 entfernt liegenden Sammelrohre 3.2 und 3.3. Auch dort sind Pfeile eingezeichnet, die den Weg des Kühlmittels beschreiben.The housing 6 (FIG. 13) may be the air intake port or the air intake passage of an internal combustion engine (not shown) through which the charge air compressed by a supercharger or turbocharger and heated due to the compression process flows through Combustion air to get into the cylinder of the internal combustion engine. To increase the degree of filling of the cylinder and thus the efficiency of the charge, a cooling of the charge air is known to be necessary, which is carried out by means of the charge air cooler.
The intercooler has at least four manifolds 3.1 - 3.4 , which represent the manifolds 3 . In the exemplary embodiment, for example, no extruded double tubes were provided but four individual manifolds. The coolant describes at least one way, which lies between the first and the second manifold 3.1, 3.2 and at least one extending in the opposite direction return path, which lies between the third and fourth manifold 3.3, 3.4 , wherein the way in at least one flat tube 1 -. Corrugated ribs 2 - series and the return path in at least one other flat tube 1 - corrugated fins 2 - series is provided, which, viewed in the flow direction of the charge air, are arranged one behind the other. The flow direction of the charge air is approximately perpendicular to the corrugated fins 2 in order to be able to flow through them. The direction of flow of the coolant results from the block arrows drawn on the connecting piece 4 in FIG. 1. This type of flow is often referred to as cross countercurrent.
All parts of the intercooler are aluminum parts that have been joined in the brazing furnace.
FIG. 2 shows a section through the collecting pipes 3. 2 and 3. 3 lying away from the connection stubs 4 . There are also arrows that describe the path of the coolant.

Die mehrteilige Anschlussplatte 5 besteht im Ausführungsbeispiel aus zwei Teilen wobei das obere Teil 5.1 ein Rahmenteil ist und das darunter angeordnete Teil 5.2 ist ein flächiges Teil. In dem Rahmenteil 5.1 wurde eine domartige Verformung ausgebildet, die als Überströmdom 7 bezeichnet wird. Dieser Überströmdom 7 steht mittels der Öffnungen 53 in dem flächigen Teil 5.1 in Strömungsverbindung 70 mit den beiden Sammelrohren 3.2 und 3.3. Nachdem das Kühlmittel die einen Flachrohre 1 zwischen dem ersten und dem zweiten Sammelrohr 3.1 und 3.2 durchströmt hat, wird es über den erwähnten Überströmdom 7 vom Hinweg auf den Rückweg überführt, und es wird dabei die anderen Flachrohre 1 zwischen dem dritten und dem vierten Sammelrohr 3.3 und 3.4 durchströmen. Das flächige Teil 5.1 besitzt eine tiefgezogene Mulde, die an der äußeren Wellrippe 2 aufliegt.
Wie die Fig. 3 deutlich zeigt, besitzt das flächige Teil 5.1 weitere zwei Öffnungen 53, in denen die Enden der anderen Sammelrohre 3.1 und 3.4 aufgenommen und dicht verlötet werden. Die Anschlussstutzen 4 sind gemäß dem Ausführungsbeispiel in den Fig. 1-3 wiederum in anderen Öffnungen in dem Rahmenteil 5.2 angeordnet und gewährleisten die Zu - und Abführung des flüssigen Kühlmittels, das zum Kühlkreislauf der Brennkraftmaschine gehört, bzw. das davon abgezweigt und wieder zurückgeführt wird. (nicht gezeigt)
Die Anschlussplatte 5 dient der Befestigung des Ladeluftkühlers am Öffnungsrand 60 des Gehäuses 6, wozu Befestigungsöffnungen 57 vorhanden sind. Am anderen Ende der Sammelrohre 3.1 - 3.4 befindet sich eine Platte 50, die gleichzeitig die stirnseitigen Öffnungen der Sammelrohre 3.1 - 3.4 verschließt und die deshalb mit entsprechenden Auswölbungen 52 ausgebildet wurde. Ferner wurde ein überstehender Rand 51 vorgesehen, der die Befestigung unterstützt, indem er beispielsweise in einer Nut, die innen im Gehäuse 6 ausgebildet ist, zu liegen kommt. (nicht gezeigt)The multi-part terminal plate 5 consists in the embodiment of two parts, wherein the upper part 5.1 is a frame part and arranged underneath part 5.2 is a flat part. In the frame part 5.1 a dome-shaped deformation was formed, which is referred to as Überströmdom 7 . This Überströmdom 7 is by means of the openings 53 in the sheet-like part 5.1 in flow communication 70 with the two manifolds 3.2 and 3.3. After the coolant which has flowed through a flat tube 1 between the first and the second manifold 3.1 and 3.2 , it is transferred via the above-mentioned Überströmdom 7 from the way to the way back, and it is the other flat tubes 1 between the third and the fourth manifold 3.3 and 3.4 . The flat part 5.1 has a deep-drawn trough, which rests on the outer corrugated fin 2.
As FIG. 3 clearly shows, the flat part 5.1 has a further two openings 53 in which the ends of the other manifolds 3.1 and 3.4 are received and soldered tight. The connecting pieces 4 are in turn arranged according to the embodiment in Figures 1-3 in other apertures in the frame part 5.2 and ensure to -. And discharge of the liquid coolant, which belongs to the cooling circuit of the internal combustion engine, or is branched off therefrom and recycled , (Not shown)
The connection plate 5 is used to attach the intercooler at the opening edge 60 of the housing 6, including attachment openings 57 are provided. At the other end of the collecting pipes 3.1-3.4 there is a plate 50 which at the same time closes the end-side openings of the collecting pipes 3.1-3.4 and which has therefore been formed with corresponding bulges 52 . Further, a projecting edge 51 has been provided, which supports the attachment, for example, by lying in a groove which is formed inside the housing 6, to come to rest. (Not shown)

Die bereits erwähnten Anschlussstutzen 4 können, insbesondere dann, wenn die Sammelrohre 3 einen etwa runden Querschnitt aufweisen, auch einteilig mit dem jeweiligen Sammelrohr 3 ausgebildet werden, was aus den Fig. 4, 5, 6 oder 11 zu sehen ist. Ferner können die Sammelrohre 3 allerdings auch andere Querschnittsformen aufweisen. Die Fig. 8 zeigt beispielsweise etwa quädratische Querschnittsformen. Bei unterschiedlichen Querschnittsformen bietet sich der Übergang von dem unrunden Querschnitt der Sammelrohre 3 auf den runden Querschnitt der Anschlussstutzen 4 dadurch an, dass die Anschlussplatte 5 mehrteilig ausgebildet wird. Zum Verständnis wird erneut auf die Fig. 3 hingewiesen. In der unteren Platte 5.2 würden sich dann die unrunden Öffnungen 53 befinden, die mit dem entsprechenden Querschnitt des Sammelrohres 3 korrespondieren, und in der oberen Platte 5.1 die runden Öffnungen, in denen die Stutzen 4 sitzen.The already mentioned connecting pieces 4 can, in particular when the collecting pipes 3 have an approximately round cross-section, also be integrally formed with the respective collecting pipe 3 , which can be seen from FIGS. 4, 5, 6 or 11. Furthermore, however, the manifolds 3 may also have other cross-sectional shapes. For example, FIG. 8 shows approximately quadratic cross-sectional shapes. With different cross-sectional shapes, the transition from the non-circular cross section of the manifolds 3 to the round offers Cross-section of the connecting piece 4 in that the connecting plate 5 is formed in several parts. For clarity, reference is again made to FIG. In the lower plate 5.2 would then be the non-circular openings 53 , which correspond to the corresponding cross section of the manifold 3 , and in the upper plate 5.1, the round openings in which the nozzle 4 sit.

Außerdem gibt es weitere konstruktive Varianten bezüglich der Ausbildung der Überführung des Kühlmittels (Strömungsverbindung 70) von dem einen Sammelrohr auf das andere Sammelrohr, was in den Fig. 4, 5, 9, oder 12 gezeigt ist. In der Fig. 12 wurde die Strömungsverbindung 70 in den stirnseitigen Verschlüssen der Sammelrohre 3.2 und 3.3 integriert. In den anderen Figuren wurden die beiden Rohrwände durchbrochen, um die Strömungsverbindung 70 zu schaffen.In addition, there are other design variants relating to the formation of the transfer of the coolant (flow connection 70) from one header to the other header, as shown in FIGS. 4, 5, 9, or 12. In FIG. 12, the flow connection 70 has been integrated into the end-side closures of the collecting pipes 3.2 and 3.3 . In the other figures, the two pipe walls were broken to provide the flow connection 70 .

Insgesamt handelt es sich bei diesem Vorschlag um einen relativ herstellungsfreundlichen Wärmetauscher. Die Sammelrohre 3.1 - 3.4 werden als Halbzeuge hergestellt, auf Länge zugeschnitten und mit Schlitzen 13 versehen, was sich beispielsweise beim Bau von Kondensatoren sehr bewährt hat. Geschweißte oder gezogene Flachrohre 1 werden auf Länge zugeschnitten und mit den Wellrippen 2 gestapelt. Die Enden der Flachrohre 1 werden in die Schlitze 13 der Sammelrohre 3.1 - 3.4 geschoben. Die Anschlussplatte 5 und die Platte 50, die eine Abschlussplatte sein kann, werden angesetzt. Die Gesamtkonstruktion wird im Lötofen gelötet und steht danach für den Einbau im Gehäuse 6 als Ladeluftkühler zur Verfügung.Overall, this proposal is a relatively production-friendly heat exchanger. The headers 3.1 - 3.4 are manufactured as semi-finished, cut to length and provided with slots 13 , which has proven very useful, for example, in the construction of capacitors. Welded or drawn flat tubes 1 are cut to length and stacked with the corrugated fins 2 . The ends of the flat tubes 1 are pushed into the slots 13 of the headers 3.1 - 3.4 . The terminal plate 5 and the plate 50, which may be a termination plate, are attached. The overall construction is soldered in the brazing furnace and is then available for installation in the housing 6 as intercooler.

Claims

Heat exchanger, in particular charge air cooler, consisting of flat tubes (1), corrugated fins (2), collecting boxes (3) and connecting pieces (4), and with a connection plate (5) for securing the charge air cooler in a through-flow of charge air housing (6), wherein the Individual parts of the particular intercooler made of aluminum and are soldered together,
characterized in that
at least four manifolds (3.1-3.4) are present, which constitute the manifolds (3), wherein the coolant describes at least one way way between the first (3.1) and the second manifold (3.2) and at least one return path which between the third (3.3) and the fourth manifold (3.4), wherein the way out is provided in at least one flat-tube corrugated fin series and the return path in at least one other flat-corrugated corrugated series, which, viewed in the flow direction of the charge air, are arranged one behind the other , and that the connection plate (5) is arranged on an end face of the at least four manifolds (3.1-3-4).

Heat exchanger according to claim 1, characterized in that the headers (3.1-3.4) are round, square or oval tubes having a series of slots (13) for receiving the ends of the flat tubes (1).

Heat exchanger according to claim 1 or 2, characterized in that the collecting pipes (3) extend parallel to each other.

Heat exchanger according to claims 1, 2 or 3, characterized in that the connection plate (5) has a plurality of parts, preferably two parts.

Heat exchanger according to claim 4, characterized in that the flow connection (70) between the second manifold (3.2) and the third manifold (3.3) via the connecting plate (5).

Heat exchanger according to one of the preceding claims, characterized in that the one part of the connection plate (5) is a frame part (5.1) and the other part is a flat part (5.2).

Heat exchanger according to claim 5 and 6, characterized in that the frame part (5.1) has a Überströmdom (7).

Heat exchanger according to claim 6, characterized in that the flat part (5.2) has at least four openings which receive the front ends of the collecting pipes (3.1-3.4).

Heat exchanger according to claim 6, characterized in that the flat part (5.2) is trough-like discontinued, wherein the trough (56) at the outermost corrugated fin (2).

Heat exchanger according to claim 7, characterized in that the frame part (5.1) rests flat on the peripheral edge of the trough.

Heat exchanger according to claim 1, characterized in that the flow connection (70) between the second manifold (3.2) and the third manifold (3.3) on the connection plate (5) opposite end of the two manifolds (3.2, 3.3) or near the end is provided ,

Heat exchanger according to claim 1, characterized in that the flat tubes (1) are integrally formed.

Heat exchanger according to one of the preceding claims, characterized in that on the connection plate (5) opposite the end of the collecting pipes (3.1-3.4) a further plate (50) is arranged, which has at least four bulges (55) to the other ends of To close collecting pipes (3.1-3.4).

Heat exchanger according to claim 13, characterized in that the plate (50) has formations (51) which cooperate with formations in the housing to fix the heat exchanger in the housing (6).