DE102005034773A1

DE102005034773A1 - Wärmetauscher

Info

Publication number: DE102005034773A1
Application number: DE102005034773A
Authority: DE
Inventors: Volker Dipl.-Ing. Lindemann
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2005-07-26
Filing date: 2005-07-26
Publication date: 2007-02-01

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, insbesondere für ein Kraftfahrzeug mit Abgasrückführung, mit mehreren von einem wärmeaufnehmenden Medium, insbesondere von Kühlmittel, durchströmten und von einem wärmeabgebenden Medium, insbesondere von Abgas, umströmten Rohren (12), wobei die vom wärmeaufnehmenden Medium durchströmten Rohre (12) im Wesentlichen senkrecht verlaufen, in vertikaler Richtung vom wärmeaufnehmenden Medium durchströmt und in horizontaler Richtung vom wärmeabgebenden Medium umströmt sind und wobei die Rohre (12) an einer Oberseite (20) sowie einer Unterseite (21) derselben durch jeweils ein vom wärmeaufnehmenden Medium durchströmtes, plattenförmiges Element (22, 23) verbunden sind, derart, dass das auf der Oberseite (20) positionierte, plattenförmige Element (22) eine Eintrittskammer für das wärmeaufnehmende Medium und das auf der Unterseite (21) positionierte, plattenförmige Element (23) eine Austrittskammer für das wärmeaufnehmende Medium bildet.

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher.

Die DE 102 18 521 A1 offenbart einen Wärmetauscher für ein Kraftfahrzeug mit Abgasrückführung, wobei der dort offenbarte Wärmetauscher aus einem Gehäusemantel für ein Kühlmittel und einem im Gehäusemantel positionierten Rohrbündel besteht, und wobei das Rohrbündel vom wärmeabgebenden Medium, nämlich vom Abgas, durchströmt und vom wärmeaufnehmenden Medium, nämlich vom Kühlmittel, umströmt ist. Bei einem derartigen Wärmetauscher verläuft die Strömungsrichtung des wärmeabgebenden Mediums parallel zur Strömungsrichtung des wärmeaufnehmenden Mediums, wodurch Rohre des Rohrbündels eine relativ lange Bauform aufweisen. Bedingt dadurch, das bei dem Wärmetauscher nach der DE 102 18 521 A1 die Strömungsrichtung des wärmeabgebenden Mediums parallel zur Strömungsrichtung des wärmeaufnehmenden Mediums verläuft, stellt sich über die Erstreckung der vom wärmeabgebenden Medium, nämlich vom Abgas, durchströmten Rohre des Rohrbündels ein Temperaturgradient ein, der Spannungen im Rohrbündel hervorruft. Dies kann zu Schäden im Wärmetauscher und damit zu einer Undichtigkeit desselben führen.

Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung das Problem zu Grunde, einen neuartigen Wärmetauscher zu schaffen.

Dieses Problem wird durch einen Wärmetauscher gemäß Anspruch 1 gelöst. Der erfindungsgemäße Wärmetauscher weist mehrere von einem wärmeaufnehmendem Medium, insbesondere von Kühlmittel, durchströmte und von einem wärmeabgebenden Medium, insbesondere von Abgas, umströmte Rohre auf, wobei die vom wärmeaufnehmenden Medium durchströmten Rohre im wesentlich senkrecht verlaufen, in vertikaler Richtung vom wärmeaufnehmenden Medium durchströmt und in horizontaler Richtung vom wärmeabgebenden Medium umströmt sind, und wobei die Rohre an einer Oberseite sowie einer Unterseite derselben durch jeweils ein vom wärmeaufnehmenden Medium durchströmtes, plattenförmiges Element verbunden sind, derart, dass das auf der Oberseite positionierte, plattenförmige Element eine Eintrittskammer für das wärmeaufnehmende Medium und das auf der Unterseite positionierte, plattenförmige Element eine Austrittskammer für das wärmeaufnehmende Medium bildet.

Im Sinne der hier vorliegenden Erfindung wird ein Wärmetauscher vorgeschlagen, bei welchem Rohre eines Rohrpakets vom wärmeaufnehmenden Medium durchströmt und vom wärmeabgebenden Medium umströmt sind. Die Rohre verlaufen im Wesentlichen senkrecht bzw. vertikal und werden in vertikaler Richtung vom wärmeaufnehmenden Medium durchströmt. Die Strömungsrichtung des wärmeabgebenden Mediums verläuft in horizontaler Richtung und damit quer zur Strömungsrichtung des wärmeaufnehmenden Mediums. Hierdurch stellt sich über die Erstreckung der Rohre an denselben ein gleichmäßiges Temperaturprofil ein, wodurch Spannungen im Wärmetauscher verringert werden. Hierdurch erhöht sich die Lebensdauer des Wärmetauschers.

Vorzugsweise bilden die Rohre ein Rohrpaket aus mehreren in Strömungsrichtung des wärmeabgebenden Mediums gesehen hintereinander angeordneten Reihen aus jeweils mehreren nebeneinander angeordneten Rohren, wobei die Rohre von zwei unmittelbar hintereinander positionierteren Reihen in horizontaler Richtung bzw. quer zur Strömungsrichtung des wärmeabgebenden Mediums versetzt zueinander angeordnet sind, und wobei in einem Eintrittsbereich für das wärmeabgebende Medium des Wärmetauschers eine größere Anzahl von Rohren positioniert ist als in einem Austrittsbereich für das wärmeabgebende Medium des Wärmetauschers.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung bilden die vom wärmeaufnehmenden Medium durchströmten Rohre, nämlich Außenwände derselben, im Querschnitt ein tropfenförmiges Strömungsprofil für das die Rohre umströmende, wärmeabgebende Medium.

Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
1 eine schematisierte Darstellung eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers; und
2 einen Querschnitt durch den Wärmetauscher der 1 entlang der Schnittlinie II-II.
Nachfolgend wird die hier vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf 1 und 2 beschrieben.
1 und 2 zeigen eine stark schematisierte Darstellung eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers 10 für ein Kraftfahrzeug mit Abgasrückführung, wobei der Wärmetauscher 10 ein Gehäuse 11 umfasst, in welchem mehrere Rohre 12 positioniert sind. Das Gehäuse 11 verfügt über eine Einführöffnung 13, um in den Wärmetauscher 10 das wärmeabgebende Medium, nämlich heißes Abgas, einzuleiten. Über eine Ausführöffnung 14 wird das wär meabgebende Medium, nämlich abgekühltes Abgas, aus dem Wärmetauscher 10 abgeleitet und der Frischluftzufuhr einer Brennkraftmaschine zugeführt. Die Strömungsrichtung des wärmeabgebenden Mediums, nämlich des Abgases, ist durch Pfeile 15 dargestellt.
Wie bereits erwähnt, sind innerhalb des Gehäuses 11 des Wärmetauschers 10 mehrere Rohre 12 positioniert, wobei die Rohre 12 in horizontaler Richtung vom wärmeabgebenden Medium, nämlich vom Abgas, umströmt sind. Die Rohre 12 verlaufen innerhalb des Gehäuses 11 des Wärmetauschers 10 senkrecht und werden in vertikaler Richtung vom wärmeaufnehmenden Medium, nämlich vom Kühlmittel, durchströmt. Die Strömungsrichtung des wärmeaufnehmenden Mediums, nämlich des Kühlmittels, ist durch Pfeile 16 dargestellt. Daraus folgt, dass beim erfindungsgemäßen Wärmetauscher 10 die Strömungsrichtung 15 des wärmeabgebenden Mediums quer zur Strömungsrichtung 16 des wärmeaufnehmenden Mediums verläuft. Hierdurch stellt sich entlang der vertikalen Erstreckung der Rohre 12 an denselben ein im Wesentlichen konstantes Temperaturprofil ein, sodass Spannungen in den Rohren 12 und hierdurch bedingte mechanische Belastungen des Wärmetauschers 10 minimiert werden.
Wie insbesondere 1 entnommen werden kann, bilden die Rohre 12, die vom wärmeaufnehmenden Medium, nämlich vom Kühlmittel, durchströmt und vom wärmeabgebenden Medium, nämlich vom Abgas, umströmt sind, ein Rohrpaket aus mehreren in Strömungsrichtung 15 des wärmeabgebenden Mediums gesehen hintereinander angeordneten Reihen 17 aus jeweils mehreren nebeneinander angeordneten Rohren 12. 1 kann entnommen werden, dass die Rohre 12 von zwei unmittelbar hintereinander angeordneten Reihen 17 in horizontaler Richtung bzw. quer zur Strömungsrichtung 15 des wärmeabgebenden Mediums versetzt zueinander angeordnet sind. Die Rohre 12 sind dabei vorzugswei se derart versetzt zueinander positioniert, dass ein Mittelpunkt eines Rohres 12 einer Reihe 17 in etwa in der Mitte zwischen zwei nebeneinander positionierten Rohren 12 einer stromaufwärts und/oder stromabwärts positionierten Reihe 17 angeordnet ist.
1 kann weiterhin entnommen werden, dass in einem in Strömungsrichtung 15 des wärmeabgebenden Mediums gesehenen stromaufwärtigen Eintrittsbereich 18 des Wärmetauschers 10 für das wärmeabgebende Medium eine größere Anzahl von Rohren 12 angeordnet ist, als in einem Austrittbereich 19 des Wärmetauschers 10 für das wärmeabgebende Medium. Im Eintrittsbereich 18 für das wärmeabgebende Medium verfügt der Wärmetauscher 10 demnach über eine höhere Dichte an von Kühlmittel durchströmten Rohren 12 als im Austrittsbereich 19 für das wärmeabgebende Medium.
Die senkrecht bzw. vertikal verlaufenden Rohre 12 des Wärmetauschers 10 werden, wie bereits erwähnt, vom wärmeaufnehmenden Medium, nämlich vom Kühlmittel, senkrecht bzw. vertikaler Richtung von oben nach unten durchströmt, wobei gemäß 2 die Rohre 12 auf einer Oberseite 20 des Wärmetauschers 10 sowie auf einer Unterseite 21 desselben jeweils von einem plattenförmigen Element 22 bzw. 23 abgeschlossen bzw. über die plattenförmigen Elemente 22, 23 verbunden sind. Das auf der Oberseite 20 positionierte plattenförmige Element 22 bildet eine Eintrittskammer für das wärmeaufnehmende Medium, das auf der Unterseite 21 des Wärmetauschers 10 positionierte plattenförmige Element 23 bildet hingegen eine Austrittskammer für das wärmeaufnehmende Medium. Sämtliche Rohre 12 des Wärmetauschers 10 werden demnach vom wärmeaufnehmenden Medium, nämlich vom Kühlmedium, von oben nach unten parallel durchströmt.
Eine weitere Besonderheit des erfindungsgemäßen Wärmetauschers 10 liegt darin, dass die vom wärmeaufnehmenden Medium, nämlich vom Kühlmedium, durchströmten Rohre 12 an einer Außenseite bzw. einer Außenwand im Querschnitt ein tropfenförmiges Strömungsprofil für das die Rohre 12 umströmende, wärmeabgebende Medium, nämlich das Abgas, bilden (siehe 1). Hierdurch werden Strömungsverluste des wärmeabgebenden Mediums innerhalb des Wärmetauschers 10 minimiert. Das von der Außenwand der Rohre 12 definierte, tropfenförmige Strömungsprofil für das die Rohre 12 umströmende Abgas verjüngt sich in Strömungsrichtung 15 des Abgases.
Es sei darauf hingewiesen, dass zwischen den Reihen 17 aus den vom wärmeaufnehmenden Medium durchströmten Rohren 12 nicht-dargestellte Zwischenbleche verlaufen können, um die spezifische Oberfläche, an welchen das wärmeabgebende Medium vorbeigeführt wird, zu erhöhen. Derartige Zwischenbleche erstrecken sich dann in Strömungsrichtung 15 des wärmeabgebenden Mediums zwischen dem Eintrittsbereich 18 und dem Austrittsbereich 19 des Wärmetauschers 10 für das wärmeabgebende Medium.
Im Sinne der hier vorliegenden Erfindung wird demnach ein Wärmetauscher zur Verwendung in einem Abgasrückführkreis eines Kraftfahrzeugs vorgeschlagen, bei welchem im Unterschied zum Stand der Technik Rohre eines Rohrpakets des Wärmetauschers nicht vom wärmeabgebenden Medium, sondern vielmehr vom wärmeaufnehmenden Medium durchströmt sind. Die Rohre sind vom wärmeaufnehmenden Medium in vertikaler bzw. senkrechter Richtung von oben nach unten durchströmt, wobei das wärmeabgebende Medium die Rohre in horizontaler Richtung und damit quer zur Strömungsrichtung des wärmeaufnehmenden Mediums umströmt. Die Rohre bilden mehrere hintereinander positionierte Reihen, wobei die Rohre benachbarter Reihen quer zur Strömungsrich tung des wärmeabgebenden Mediums zueinander versetzt sind. In einem Eintrittsbereich des Wärmetauschers für das wärmeabgebende Medium ist eine größere Anzahl von Rohren positioniert als in einem Austrittsbereich des Wärmetauschers für das wärmeabgebende Medium. Im Querschnitt verfügen die Rohre an einer äußeren Fläche über ein Tropfenprofil zur Führung der Strömung des wärmeabgebenden Mediums.
Der erfindungsgemäße Wärmetauscher zeichnet sich durch eine gute mechanische Haltbarkeit und durch ein einfaches Konstruktionsprinzip aus. Strömungsverluste des wärmeabgebenden Mediums innerhalb des Wärmetauschers werden minimiert. In den Rohren des Wärmeaustauschers werden nur geringe Spannungen induziert, wodurch die mechanische Haltbarkeit des Wärmetauschers verbessert wird.

10: Wärmetauscher
11: Gehäuse
12: Rohr
13: Einführöffnung
14: Ausführöffnung
15: Abgasströmungsrichtung
16: Kühlmittelströmungsrichtung
17: Reihe
18: Eintrittsbereich
19: Austrittsbereich
20: Oberseite
21: Unterseite
22: plattenförmiges Element
23: plattenförmiges Element

Claims

Wärmetauscher, insbesondere für ein Kraftfahrzeug mit Abgasrückführung, mit mehreren von einem wärmeaufnehmenden Medium, insbesondere von Kühlmittel, durchströmten und von einem wärmeabgebenden Medium, insbesondere von Abgas, umströmten Rohren (12), wobei die vom wärmeaufnehmenden Medium durchströmten Rohre (12) im wesentlich senkrecht verlaufen, in vertikaler Richtung vom wärmeaufnehmenden Medium durchströmt und in horizontaler Richtung vom wärmeabgebenden Medium umströmt sind, und wobei die Rohre (12) an einer Oberseite (20) sowie einer Unterseite (21) derselben durch jeweils ein vom wärmeaufnehmenden Medium durchströmtes, plattenförmiges Element (22, 23) verbunden sind, derart, dass das auf der Oberseite (20) positionierte, plattenförmige Element (22) eine Eintrittskammer für das wärmeaufnehmende Medium und das auf der Unterseite (21) positionierte, plattenförmige Element (23) eine Austrittskammer für das wärmeaufnehmende Medium bildet.
Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Rohre (12) in vertikaler Richtung von oben nach unten vom wärmeaufnehmenden Medium durchströmt sind.
Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohre (12) ein Rohrpaket aus mehreren in Strömungsrichtung des wärmeabgebenden Mediums gesehen hintereinan der angeordneten Reihen (17) aus jeweils mehreren nebeneinander angeordneten Rohren (12) bilden.
Wärmetauscher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohre (12) von zwei unmittelbar hintereinander positionierteren Reihen (17) in horizontaler Richtung bzw. quer zur Strömungsrichtung des wärmeabgebenden Mediums versetzt zueinander angeordnet sind.
Wärmetauscher nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohre (12) im Querschnitt ein tropfenförmiges Strömungsprofil für das die Rohre (12) umströmende, wärmeabgebende Medium bilden.
Wärmetauscher nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Eintrittsbereich (18) für das wärmeabgebende Medium des Wärmetauschers eine größere Anzahl von Rohren (12) positioniert ist als in einem Austrittsbereich (19) für das wärmeabgebende Medium des Wärmetauschers.
Wärmetauscher nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich zwischen den Reihen (17) aus Rohren (12) Zwischenbleche erstrecken, die in Strömungsrichtung des wärmeabgebenden Mediums verlaufen.