DE102006033313A1 - Heat exchanger for use in motor vehicle, has flow channels flowed through by fluid and designed as disk pairs, where channels comprise longitudinal sides that are connected with housing in firmly bonded manner through soldering or welding - Google Patents
Heat exchanger for use in motor vehicle, has flow channels flowed through by fluid and designed as disk pairs, where channels comprise longitudinal sides that are connected with housing in firmly bonded manner through soldering or welding Download PDFInfo
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Abstract
Description
Die
Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager
nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 – bekannt durch die
Durch
die US 2003/0010479 A1 wurde ein Wärmeübertrager bekannt, der als
Abgaskühler
in einem AGR-System (Abgasrückführ-System)
einsetzbar ist. In einem Gehäuse,
welches von flüssigem Kühlmittel
des Kühlkreislaufes
einer Brennkraftmaschine durchströmt wird, sind Abgasrohre angeordnet,
welche endseitig in Rohrböden
aufgenommen sind, die ihrerseits mit dem Gehäuse verbunden sind. Das Abgas
wird dem Abgaskühler über einen
Diffusor zugeführt,
strömt
dann durch die vom Kühlmittel umspülten Abgasrohre
und tritt über
einen Abgasstutzen aus dem Kühler
aus. Alle Teile des Abgaskühlers
werden miteinander verlötet.
Nachteilig bei dieser Bauweise mit Rohrböden, in welchen die Rohrenden
aufgenommen sind, ist, dass die Rohre während des Lötprozesses in den Rohrböden fixiert
sind und sich somit beim Löten
und beim Schmelzen der Lotschicht nicht aufeinander zubewegen können, was
sich u. a. auch nachteilig auf die Verlötung der Turbulenzeinlagen
mit den Rohrinnenwänden
auswirkt. Dieser Nachteil wird durch Systeme ohne Rohrböden vermieden,
wie das folgende Beispiel zeigt:
Durch die die
By the the
Der
Anmeldungsgegenstand der
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Wärmeübertrager der eingangs genannten Art einerseits fügegerecht, insbesondere lötgerecht, schweißgerecht, klebegerecht usw. zu gestalten und andererseits seine Außentemperatur bei Verwendung von heißen, zu kühlenden Medien niedrig zu halten.It Object of the present invention, a heat exchanger of the aforementioned Kind on the one hand especially solderable, weldable, Klegung right, etc. and on the other hand its outside temperature when using hot, to be cooled Keep media low.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.These The object is solved by the features of claim 1.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die vorzugsweise als Scheibenpaare ausgebildeten Strömungskanäle längsseitig mit den Wänden des Gehäuses stoffschlüssig verbunden, d. h. verlötet, verschweißt, verklebt usw. sind. Die Scheibenpaare sind zu einem Paket aufeinander geschichtet und durch Querkanäle strömungsmäßig miteinander verbunden. Bei der Durchströmung dieser Querkanäle entsteht ein vergleichsweise hoher Druckverlust, einerseits durch die Umlenkung des Fluids vom Querkanal in die von den Scheibenpaaren eingeschlossenen Kanäle, insbesondere aber dadurch, dass die Querkanäle zwischen den Scheibenpaaren üblicherweise scharfe Schnittkanten aufweisen, die zu einer starken Verwirbelung des Fluids und somit zu hohen Druckverlusten führen. Die Scheibenpaare werden daher von einem ersten Fluid, vorzugsweise einem flüssigen Kühlmittel, durchströmt, für das die Druckverluste im Kühler weniger entscheidend sind. Das Paket der Scheibenpaare wird stirnseitig von einem zweiten Fluid, insbesondere einem zu kühlenden heißen Medium, angeströmt und durchströmt, so dass eine relativ geradlinige Durchströmung des Scheibenpaketes, d.h. ohne wesentliche Umlenkungen erreicht wird. Dies ergibt einen niedrigen Druckverlust für das zweite vorzugsweise gasförmige Fluid. In Anpassung an die Wärmeübergangsverhältnisse sind zwischen den Scheiben turbulenzerzeugende Einrichtungen vorgesehen. Der erfindungsgemäße Wärmeübertrager wird vorzugsweise in einem Arbeitsgang gelötet, geschweißt, geklebt usw. Die zu verlötenden, zu verschweißenden oder zu verrklebenden Teile sind dabei flexibel, d. h. beweglich zueinander angeordnet und können sich damit insbesondere beim Schmelzen der Lotschichten während des Lötprozesses relativ zueinander bewegen, so dass minimale Lötspalte und eine einwandfreie Verlötung erzielt werden. Vorteilhafterweise können die Scheibenpaare in einem dem Fügeproress, insbesondere dem Lötprozess, Schweißprozess, Klebeprozess usw., vorgelagerten Verfahrensschritt vorgefalzt und/oder verkrimpt werden, d. h. das aus zwei Scheiben bestehende Scheibenpaar einschließlich eventuell vorzusehender Turbulenzeinlagen kann in einer Weise vorgefertigt werden, dass das Scheibenpaar durch aus der einen Scheibe ausgeformte und den Rand der anderen Scheibe umfassende Laschen fixiert wird, so dass die die beiden Scheibenbleche des Scheibenpaares während des eigentlichen Lötprozesses nicht mehr gegeneinander verrutschen, sich nicht mehr gegeneinander verschieben oder auseinanderklaffen können, und so die dichte Verlötung des Scheibenpaares sichergestellt ist. So können verkrimpte Scheiben verhindern, dass zum Beispiel Relativ bewegungen zwischen dem Gehäuse und dem längs anliegenden Scheibenpaar durch unterschiedlich schnelle Aufheizung der Bauteile sowie die abschmelzenden Lotschichten zu einer unzureichenden Verlötung des Scheibenpaares führen. Dies erleichtert auch die Toleranzabstimmung zwischen der Längsseite des Scheibenpaares und dem Gehäuse, da im Wesentlichen nur noch die Anlage des verkrimpten Scheibenpaares am Gehäuse während des Lötprozesses sichergestellt werden muss, ohne mögliche Verschiebungen der beiden Scheiben gegeneinander in Betracht ziehen zu müssen. So wird sichergestellt, dass durch die stoffschlüssige Verbindung der Strömungskanäle bzw. Scheibenpaare eine Wärmeleitung zwischen dem ersten Fluid, dem Kühlmedium, und den Gehäusewänden erfolgt. Durch die thermische Koppelung trägt auch die Gehäusewand zum Wärmeübergang bei, und die Anbindung der Scheibenpaare kann die wärmeübertragende Fläche für das 2. Fluid je nach Wärmetauschergeometrie und Gestaltung der Turbulenzerzeuger erheblich steigern: von ca. 2% bis zu mehr als 10% wenn ein Turbulenzblech im Kanal für das 2. Fluid vorgesehen ist und sogar bis > 25% wenn Turbulatoren (beispielsweise in die Scheibe eingeprägte Verwirbelungskörper) im Kanal des zweiten Fluids eingesetzt werden. Somit wird eine Steigerung der Wärmeübertragerleistung erreicht, die erheblich sein kann. Weiterhin kann die Gehäusewand bei Verwendung eines heißen zu kühlenden Mediums ausreichend gekühlt und auf einem relativ niedrigen Temperaturniveau gehalten werden. Insbesondere bei Abgaskühlern aber auch bei Ladeluftkühlern in vielen anderen Wärmetauscheranwendungen ist eine ausreichende Kühlung des Gehäuses oft zwingend erforderlich, da andernfalls sehr hohe Thermospannungen an den Verbindungsstellen zwischen Gehäuse und Scheibenpaaren entstehen, die durch die großen Temperaturunterschiede und entsprechend unterschiedlichen Wärmeausdehnungen des Abgas führenden Gehäuses und der gekühlten Scheibenpaare verursacht werden. Ein weiterer wesentlicher Vorteil der Anbindung der Längsseiten der Scheibenpaare an das Gehäuse besteht in einer erheblichen Steigerung der Druckfestigkeit des Wärmetauschers bezüglich des 2. Fluids, da die Scheiben Zuganker zwischen den beiden Gehäuseseiten darstellen, die dem Innendruck entgegenwirken. Somit eignet sich das vorgestellte Wärmetauscherkonzept insbesondere für Medien, bei denen die Druckverlustanforderungen an das 2. Fluid sehr restriktiv sind, das 2. Fluid sehr heiß ist, oder hohe Drücke des 2. Fluids vorliegen, bzw. Kombinationen aus diesen Anforderungen.According to the invention, it is provided that the flow channels, which are preferably designed as pairs of disks, are integrally connected to the walls of the housing, ie, soldered, welded, glued, etc. The pairs of discs are stacked in a package and fluidly interconnected by transverse channels. In the flow through these transverse channels, a comparatively high pressure loss, on the one hand by the deflection of the fluid from the transverse channel in the trapped by the disc pairs channels, but in particular by the fact that the transverse channels between the disc pairs usually have sharp edges, leading to a strong turbulence of the fluid and thus lead to high pressure losses. The pairs of discs are therefore traversed by a first fluid, preferably a liquid coolant, for which the pressure losses in the cooler are less crucial. The package of disk pairs is the front side of a second fluid, in particular a hot medium to be cooled, flows and flows through, so that a relatively straight flow through the disk pack, ie without substantial deflections is achieved. This results in a low pressure drop for the second, preferably gaseous, fluid. In adaptation to the heat transfer conditions turbulence generating devices are provided between the discs. The heat exchanger according to the invention is preferably soldered, welded, glued, etc. in a single operation. The parts to be soldered, welded or adhesively bonded are flexible, ie movable relative to one another and can therefore move relative to one another during melting of the solder layers during the soldering process that minimum soldering gap and proper soldering he be targeted. Advantageously, the pairs of disks can be prefolded and / or crimped in a joining process, in particular the soldering process, welding process, bonding process, etc., ie the disk pair consisting of two disks, including possibly provided turbulence inserts, can be prefabricated in such a way that the pair of disks passes through from the one disk formed and the edge of the other disc comprehensive tabs is fixed so that the two disc plates of the disc pair no longer slip against each other during the actual soldering process, no longer move against each other or can diverge, and so ensures the tight soldering of the disc pair is. Thus, crimped disks can prevent, for example, relative movements between the housing and the longitudinally adjacent pair of disks due to different rapid heating of the components and the melting solder layers lead to insufficient soldering of the pair of disks. This also facilitates the tolerance adjustment between the longitudinal side of the disc pair and the housing, since essentially only the system of the crimped pair of discs on the housing during the soldering process must be ensured without having to consider possible shifts of the two discs against each other. This ensures that heat conduction takes place between the first fluid, the cooling medium, and the housing walls as a result of the cohesive connection of the flow channels or disk pairs. Due to the thermal coupling, the housing wall also contributes to the heat transfer, and the connection of the pairs of disks can considerably increase the heat-transferring area for the second fluid depending on the heat exchanger geometry and design of the turbulence generators: from approx. 2% to more than 10% if a turbulence sheet is provided in the channel for the second fluid and even up to> 25% when turbulators (for example, embossed in the disc swirling body) are used in the channel of the second fluid. Thus, an increase in the heat exchanger performance is achieved, which can be significant. Furthermore, the housing wall can be sufficiently cooled when using a hot medium to be cooled and kept at a relatively low temperature level. In particular, in exhaust gas coolers but also intercoolers in many other heat exchanger applications, a sufficient cooling of the housing is often mandatory because otherwise very high thermal stresses at the joints between the housing and disc pairs caused by the large temperature differences and corresponding different thermal expansions of the exhaust gas leading housing and the cooled disc pairs are caused. Another significant advantage of the connection of the longitudinal sides of the disk pairs to the housing is a considerable increase in the compressive strength of the heat exchanger with respect to the second fluid, since the disks represent tie rods between the two sides of the housing, which counteract the internal pressure. Thus, the proposed heat exchanger concept is particularly suitable for media in which the pressure loss requirements for the second fluid are very restrictive, the second fluid is very hot, or high pressures of the second fluid are present, or combinations of these requirements.
In einer Weiterbildung der Erfindung sind die Strömungskanäle über die Längsseiten im Wesentlichen über ihre gesamte Länge mit dem Gehäuse stoffschlüssig verbunden. Insbesondere erfolgt die stoffschlüssige Verbindung durch Löten, Schweißen, Kleben usw., grundsätzlich ist auch jede andere Verbindungsart wie beispielsweise eine formschlüssige Verbindung oder eine Kombination aus einer stoffschlüssigen und einer formschlüssigen Verbindung möglich.In According to a development of the invention, the flow channels are essentially over their long sides whole length connected to the housing cohesively. In particular, the cohesive connection is performed by soldering, welding, gluing etc., basically is also any other type of connection such as a positive connection or a combination of a cohesive and a positive connection possible.
In einer Weiterbildung der Erfindung sind die Strömungskanäle als Scheibenpaare ausgeführt. Die Scheibenpaare bilden Durchtrittskanäle für ein zweites Fluid. Zwischen den Scheibenpaaren und dem Gehäuse besteht eine Verbindung, so dass das zweite Fluid einen Zugang zum Gehäuse und zur Gehäusewand hat und so die Gehäusewand und das Gehäuse beispielsweise kühlt oder erwärmt.In a development of the invention, the flow channels are designed as pairs of discs. The pairs of discs form passageways for a second fluid. Between the pairs of discs and the housing exists a connection so that the second fluid has access to the housing and to the housing wall has and so the housing wall and the case for example, cools or heated.
In einer Weiterbildung der Erfindung sind die Strömungskanäle und/oder die Durchtrittskanäle im Wesentlichen in ihrer Gesamtheit durch das Gehäuse aufgenommen, so dass die Wärmeübertragung zwischen dem ersten und dem zweiten Fluid im Wesentlichen vollständig im Inneren eines Gehäuses, welches mit einem Deckel verschließbar ist, erfolgt, wobei ebenfalls eine Wärmeübertragung zwischen dem zweiten Fluid und dem Gehäuse und/oder dem Deckel, sowie zwischen dem ersten Fluid und Gehäuse und/oder dem Gehäusedeckel erfolgt.In In a further development of the invention, the flow channels and / or the passageways are substantially taken in their entirety by the housing, so that the Heat transfer between the first and the second fluid substantially completely in the Interior of a housing, which closed with a lid is carried out, wherein also a heat transfer between the second Fluid and the housing and / or the lid, as well as between the first fluid and the housing and / or the housing cover he follows.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist zwischen dem Deckel einer benachbarten Scheibe, insbesondere einer Unterscheibe, mindestens ein Strömungskanal ein Fluid, insbesondere das erste Fluid gebildet, auf diese Weise kann eine Oberscheibe eingespart werden und der Deckel wird gleichzeitig mitgekühlt. Da der Deckel mit dem Gehäuse durch Stoffschluss, wie Löten, Schweißen, Kleben usw., und/oder durch Formschluss, wie Umformen, verbunden ist, erfolgt ein Wärmeübergang zwischen Deckel und Gehäuse und umgekehrt, so dass auch das Gehäuse mit gekühlt wird.In a development of the invention is between the lid of a adjacent disc, in particular a lower disc, at least a flow channel a fluid, in particular the first fluid formed, in this way a top disc can be saved and the lid is at the same time also cooled. Because the lid with the housing by material bond, such as soldering, Welding, Gluing, etc., and / or by positive engagement, such as reshaping connected is, there is a heat transfer between lid and housing and vice versa, so that the housing is also cooled.
In einer anderen Weiterbildung der Erfindung ist zwischen dem Bodenabschnitt des Gehäuses bzw. der Gehäuseschale und einer benachbarten Scheibe, insbesondere der Oberscheibe, und zwischen dem Bodenabschnitt der Gehäuseschale mindestens ein Strömungskanal des ersten Fluids ausgebildet, auf diese Weise wird ebenfalls eine Scheibe, insbesondere eine Unterscheibe, eingespart. Das erste Fluid kühlt dann insbesondere das Gehäuse und die Gehäuseschale. Darüber hinaus ist es aber auch möglich, die Oberscheibe mit einer Unterscheibe, insbesondere stoffschlüssig zu verbinden, wodurch ein Scheibenpaar ausgebildet wird, welches über mindestens eine Scheibe, insbesondere mit der dem Bodenbereich benachbarten Unterscheibe mit der Gehäuseschale im Bodenbereich stoffschlüssig, insbesondere durch Löten, Schweißen, Kleben usw. verbunden ist.In another embodiment of the invention is between the bottom portion of the housing or the housing shell and an adjacent disc, in particular the upper disc, and zwi At least one flow channel of the first fluid formed at the bottom portion of the housing shell, in this way, also a disc, in particular a lower disc, saved. The first fluid in particular cools the housing and the housing shell. In addition, however, it is also possible to connect the upper disk with a lower disk, in particular a material-locking manner, whereby a disk pair is formed, which materially engages via at least one disk, in particular with the lower disk adjacent to the bottom portion, with the housing shell in the bottom area, in particular by soldering, welding , Gluing, etc. is connected.
In einer Weiterbildung der Erfindung sind die jeweils ein Scheibenpaar bildenende Unter- und Oberscheibe durch einen randseitig ausgebildeten Falz miteinander verbunden, dadurch sind die Scheiben formschlüssig, insbesondere durch Biegen, miteinander verbunden. Dabei umgreift mindestens eine Scheibe, insbesondere die Unterscheibe, die andere Scheibe, insbesondere die Oberscheibe, wodurch die Scheiben ineinander verhakt sind, wobei in Stapelrichtung der Scheiben und der Scheibenpaare gleichzeitig ein Toleranzausgleich möglich ist, so dass beim Fügeprozess, wie beipielsweise Löten, Schweißen, Kleben usw., mit dem die stoffschlüssige Verbindung erzeugt wird, eventuelle Öffnungen oder Spalte, zwischen den Scheiben ausgeglichen werden können, so dass der Fügeprozess prozesssicher und erfolgreich durchführbar ist und so eine vollständige stoffschlüssige Verbindung zwischen den Scheiben, insbesondere der Ober- und der Unterscheibe, aber auch zwischen benachbarten Scheibenpaaren sowie zwischen benachbarten Ober- und Unterscheiben, erfolgt.In a development of the invention are each a pair of discs forming lower and upper disk by a fold formed at the edge interconnected, thereby the discs are positively, in particular by bending, interconnected. It involves at least one disc, in particular the lower pane, the other pane, in particular the top disc, whereby the discs are hooked into each other, wherein in the stacking direction of the discs and the disc pairs at the same time a tolerance compensation possible is so that during the joining process, as for example soldering, welding, gluing etc., with which the material connection is generated, any openings or column, between the discs can be compensated, so that the joining process process-safe and successful feasible and so a complete cohesive connection between the discs, especially the top and bottom discs, but also between adjacent disk pairs and between adjacent disk pairs Upper and lower washers, done.
In einer Weiterbildung der Erfindung läuft ein Zuströmkanal und/oder mindestens ein Abströmkanal quer durch die Scheibenpaare, dabei kann der Zuström- und/oder der Abströmkanal in einem Winkel von 0° bis 360° bzw. –360° zur Stapelrichtung der Scheiben und/oder zur Längsrichtung der Scheiben durch die Scheibenpaare laufen, insbesondere unter einem Winkel von –50° bis +50° zur Stapelrichtung, besonders vorteilhaft ist ein Winkel von 0° zur Stapelrichtung, d.h. Abström- und oder Zuströmkanal verlaufen im Wesentlichen parallel zur Stapelrichtung. Die Winkel des Abströmkanals und des Zuströmkanals zur Stapelrichtung und/oder zur Längsrichtung können dabei unterschiedlich sein und Werte zwischen 0° und 360° bzw. –360° annehmen.In a development of the invention runs an inflow channel and / or at least one outflow channel across the pairs of discs, while the inflow and / or the discharge channel at an angle of 0 ° to 360 ° or -360 ° to the stacking direction the discs and / or the longitudinal direction the discs run through the pairs of discs, especially under one Angle from -50 ° to + 50 ° to the stacking direction, especially advantageous is an angle of 0 ° to Stacking direction, i. outflow and or inflow channel are substantially parallel to the stacking direction. The angles the outflow channel and the inflow channel to the stacking direction and / or the longitudinal direction can thereby be different and assume values between 0 ° and 360 ° or -360 °.
In einer Weiterbildung der Erfindung weisen die Scheibenpaare mindestens einen Napf oder mindestens eine Ausprägung auf. Der Napf bzw. die Ausprägung ist dabei in mindestens jeweils einer Scheibe eines Scheibenpaares eingebracht, vorzugsweise durch Umformen wie Biegen, Stanzen usw. oder durch Urformen usw.In a development of the invention, the pairs of discs at least a bowl or at least one expression. The cup or the shaping is in at least one slice of a pair of discs introduced, preferably by forming such as bending, punching, etc. or by prototyping etc.
In einer Weiterbildung der Erfindung reicht die Ausprägung bzw. der Napf eines Scheibenpaares zu einem benachbarten Scheibenpaar, wobei sich die Scheiben und die Scheibenpaare berühren und insbesondere miteinander stoffschlüssig durch Löten, Schweißen, Kleben usw. verbunden sind. Darüber hinaus sind auch eine formschlüssige Verbindung und/oder eine Kombination aus einer stoffschlüssigen und formschlüssigen Verbindung möglich, ebenso wie andere Verbindungen.In a development of the invention, the expression or the cup of a disk pair to an adjacent disk pair, with the discs and the pairs of discs touching and in particular cohesively by soldering, Welding, Gluing etc. are connected. About that In addition, are also a form-fitting Compound and / or a combination of a cohesive and positive Connection possible, as well as other connections.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist die Ausprägung bzw. der Napf in die Oberscheibe, insbesondere durch Umformen oder Urformen, eingebracht ebenso wie eine Oberscheibenringfläche, welche eine durch Ur- oder Umformen eingebrachte Unterscheibenringfläche der Unterscheibe eines benachbarten Scheibenpaares berührt und insbesondere stoffschlüssig durch Löten, Schweißen, Kleben usw. und/oder durch Formschluss, wie Verhaken, mit der Unterscheibenringfläche verbunden ist.In a development of the invention is the expression or the cup in the upper disk, in particular by reshaping or prototyping, introduced as well an upper disc ring surface, which a introduced by Ur- or forming sub-disc ring surface of Bottom of a neighboring disc pair touches and in particular cohesively by soldering, Welding, Gluing etc. and / or by positive engagement, such as hooking, connected to the lower disc ring surface is.
In einer anderen Weiterbildung der Erfindung ist eine andere Ausprägung, insbesondere durch Umformen und oder Urformen in die Unterscheibe eingebracht, ebenso wie eine Unterscheibenringfläche, welche eine Oberscheibenringfläche der Oberscheibe eines benachbarten Scheibenpaares berührt und insbesondere stoffschlüssig durch Löten, Schweißen, Kleben usw. und/oder formschlüssig, wie durch Verhaken, mit der Oberscheibenringfläche verbunden ist.In Another embodiment of the invention is another expression, in particular introduced by forming and or original shapes in the lower pane, as well as a lower disc ring surface, which a Oberscheibenringfläche the Upper disk of a neighboring disk pair touches and in particular cohesively by soldering, welding, gluing etc. and / or form-fitting, such as by hooking, is connected to the upper disc ring surface.
In einer Weiterbildung der Erfindung sind die Strömungskanäle gestapelt. Ebenso können auch die Durchtrittskanäle gestapelt sein. In einer Weiterbildung sind die Scheiben derart gestapelt, dass eine Scheibe auf eine benachbarte andere Scheibe gestapelt ist und dass insbesondere eine Oberscheibe auf eine Unterscheibe aufgelegt ist und auf die Oberscheibe eine weitere Unterscheibe aufgelegt ist, auf welche wiederum eine weitere Oberscheibe aufgelegt ist, so dass benachbarte Scheibenpaare aufeinander aufgestapelt sind. Der Stapel der Scheiben bzw. der Stapel an Scheibenpaaren ist seinerseits in die Gehäuseschale eingelegt, welche mit einem Deckel verschlossen ist. Der Deckel ist dabei derart auf das Gehäuse aufgelegt, dass er in Stapelrichtung auf das Gehäuse gesetzt und mit diesem formschlüssig, insbesondere durch Löten, Schweißen, Kleben usw. und/oder stoffschlüssig, insbesondere durch Umformen, Verhaken usw., verbunden ist, so dass während des Fügeprozesses, insbesondere des Lötens, Schweißens oder Klebens, ein Toleranzausgleich in Stapelrichtung der Strömungskanäle bzw. der Durchtrittskanäle erfolgen kann.In a development of the invention, the flow channels are stacked. Likewise, the Passageways be stacked. In a development, the discs are like that stacked that one slice on an adjacent other slice is stacked and that in particular a top disk on a bottom disk is on top and on the top disc another lower disc is placed on which in turn launched another upper disc is, so that adjacent pairs of discs stacked on each other are. The stack of disks or stacks of disk pairs is in turn in the housing shell inserted, which is closed with a lid. The lid is doing so on the housing put up that he put in the stacking direction on the housing and with this positive fit, in particular by soldering, Welding, Gluing etc. and / or cohesive, in particular by reshaping, hooking, etc., so that during the Joining process, especially soldering, welding or Gluing, a tolerance compensation in the stacking direction of the flow channels or the passageways can be done.
In einer Weiterbildung der Erfindung weisen die Scheiben eines Scheibenpaares Scheibenrandflächen derart auf, dass die Oberscheibe eines Scheibenpaares eine Oberscheibenrandfläche aufweist und die benachbarte Unterscheibe eine Unterscheibenrandfläche aufweist, wobei die Oberscheibenrandfläche mit der Unterscheibenrandfläche korrespondiert und stoffschlüssig, insbesondere durch Löten, Schweißen, Kleben usw. verbunden ist. Die Oberscheibenrandfläche verläuft in Längsrichtung der Scheibe im Wesentlichen parallel zur Unterschreibenrandfläche, ebenso wie die Oberscheibenrandfläche in Richtung der Scheibenbreite verläuft, welche insbesondere im Wesentlichen senkrecht zur Längsrichtung der Scheibe und im Wesentlichen senkrecht zur Stapelrichtung der Scheiben sowie im Wesentlichen parallel zur Unterscheibenrandfläche ausgebildet ist. In den Abschnitten der Oberscheibenrandfläche und der Unterscheibenrandfläche, in denen die Längsseite der Scheibe in Stapelrichtung in die Scheibenbreite übergeht, ist ein Stoß der Unter- und Oberscheibenrandfläche derart ausgebildet, dass der Stoß einer Scheibenrandfläche in Längsrichtung im Wesentlichen als ein Viertelzylinder ausgebildet ist und dass sich die Viertelzylinder der Unter- und Oberscheibe im Wesentlichen wie zwei in einander geschobene konzentrische Viertelzylinder berühren und stoffschlüssig, insbesondere durch Löten, Schweißen, Kleben usw. verbunden sind.In a further development of the invention the discs of a disc pair disc edge surfaces such that the upper disc of a disc pair has a top disc edge surface and the adjacent bottom disc has a bottom disc surface, the top disc surface corresponds to the bottom disc surface and is materially bonded, in particular by soldering, welding, gluing, etc. The upper disk edge surface extends in the longitudinal direction of the disk substantially parallel to the signing edge surface, just as the upper disk edge surface extends in the direction of the disk width, which is in particular substantially perpendicular to the longitudinal direction of the disk and substantially perpendicular to the stacking direction of the disks and substantially parallel to the lower disk edge surface. In the portions of the upper disk edge surface and the lower disk edge surface in which the longitudinal side of the disk merges into the disk width in the stacking direction, an impact of the lower and upper disk edge surfaces is formed so that the impact of a disk edge surface in the longitudinal direction is substantially formed as a quarter cylinder and that The quarter cylinder of the lower and upper disc substantially like two concentric quarter cylinder pushed into each other touch and cohesively, in particular by soldering, welding, gluing, etc. are connected.
In einer Weiterbildung der Erfindung umgreifen sich die Längsseiten zweier einen Strömungskanal bildender Scheibenpaare zumindest bereichsweise, insbesondere auf der gesamten Scheibenlänge derart, dass die das Gehäuse berührende Längsseite die Längsseite einer benachbarten Scheibe, insbesondere der anderen Scheibe des jeweiligen Scheibenpaares, umgreift und dass die beiden Scheiben auf diese Weise miteinander verkrimpt sind.In a development of the invention surround the long sides two a flow channel forming pairs of discs at least partially, in particular on the entire pane length like this, that's the case touching Long side the long side an adjacent disc, in particular the other disc of each pair of discs, surrounds and that the two discs on these ways are crimped together.
In einer Weiterbildung der Erfindung umgreifen sich die Breitseiten zweier einen Strömungskanal bildender Scheibenpaare zumindestens bereichsweise, insbesondere auf der gesamten Scheibenbreite. Die beiden Scheiben, insbesondere die Oberscheibe und die Unterscheibe eines Scheibenpaares, sind auf diese Weise miteinander verkrimpt.In a development of the invention encompass the broadsides two forming a flow channel Disc pairs at least partially, especially on the entire Wheel width. The two discs, especially the upper disc and the lower disk of a disk pair, are in this way with each other crimped.
In
einer Weiterbildung der Erfindung weisen die Scheibenpaare turbulenzerzeugende
Einrichtungen, insbesondere Turbulenzeinlagen oder eingeprägte Strukturelemente,
auf. Die Turbulenzeinlagen können
derart ausgebildet sein, dass es sich um Bleche mit Ausstanzungen
handelt und/oder um Geflechte aus Draht. Der Inhalt der unveröffentlichten
In einer Weiterbildung der Erfindung sind die Ausprägungen konisch ausgebildet und als Kegelstumpfe ausgeführt, die aus einer Scheibe vorzugsweise durch Umformen wie Ausstanzen oder durch Urformen erzeugt sind. Die den kleineren der beiden Durchmesser aufweisende Seitenfläche des Kegelstumpfs ist als Ringfläche ausgebildet, welche die benachbarte Scheibe, vorzugsweise die Unterscheibe des nächsten Scheibenpaares berührt und insbesondere mit diesem stoffschlüssig durch Löten, Schweißen, Kleben usw. verbunden ist.In a development of the invention, the characteristics are conical and executed as a truncated cone, from a disc preferably by forming such as punching or generated by prototypes. The smaller of the two diameters having side surface the truncated cone is as a ring surface formed, which the adjacent disc, preferably the lower disc of next Disc pair touched and in particular with this cohesively by soldering, welding, gluing etc. is connected.
In einer Weiterbildung der Erfindung sind die Ausprägungen strömungsgünstig, insbesondere mit einem länglichen oder elliptischen oder runden Querschnitt ausgebildet.In a development of the invention, the characteristics are streamlined, especially with a elongated or elliptical or round cross-section.
In
einer Weiterbildung der Erfindung sind zwischen Strömungskanälen bzw.
in den Durchtrittskanälen
turbulenzerzeugende Einrichtungen eingebracht. Die Inhalte der unveröffentlichten
In einer Weiterbildung der Erfindung sind die Falzverbindungen mit dem Gehäuse, insbesondere mit der Innenfläche des Gehäuses, verbunden, wobei die Verbindung insbesondere stoffschlüssig durch Löten, Schweißen, Kleben usw. erfolgt.In a development of the invention are the Falzverbindungen with the housing, especially with the inner surface of the housing, connected, wherein the compound in particular cohesively by Soldering, Welding, Gluing etc. takes place.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist der Eintrittsbereich des Gehäuses in Strömungsrichtung des zweiten Fluids vor den Scheibenpaaren angeordnet.In a development of the invention is the inlet region of the housing in Flow direction of second fluid arranged in front of the disc pairs.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist der Austrittsbereich des Gehäuses in Strömungsrichtung des zweiten Fluids hinter den Scheibenpaaren angeordnet.In a development of the invention is the exit region of the housing in Flow direction of second fluid behind the disc pairs arranged.
In einer Weiterbildung der Erfindung sind die Scheibenpaare vom zweiten Fluid im Wesentlichen parallel zu ihren Längsseiten umströmbar.In a development of the invention are the pairs of discs from the second Fluid can flow around substantially parallel to its longitudinal sides.
In einer Weiterbildung der Erfindung wird der längsseitige Falz durch gleichsinnig abgewinkelte Ränder von Ober- und Unterscheibe gebildet. Der längsseitige Falz bildet darüber hinaus eine Anlagefläche für das Gehäuse.In a development of the invention, the longitudinal fold is by the same direction angled edges formed by upper and lower disk. The longitudinal fold forms beyond a contact surface for the Casing.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist der längsseitige Falz durch gegensinnig abgewinkelte Ränder von Ober- und Unterscheibe gebildet. Der längsseitige Falz bildet darüber hinaus eine Anlagefläche für das Gehäuse.In a development of the invention is the longitudinal fold by opposing angled edges formed by upper and lower disk. The longitudinal fold forms beyond a contact surface for the Casing.
In einer Weiterbildung der Erfindung weisen die Scheibenpaare längsseitig im Bereich der Gehäusewände Seitenkanäle für das erste Fluid auf.In In a further development of the invention, the pairs of discs have the longitudinal side in the area of the housing walls side channels for the first Fluid on.
Die Seitenkanäle sind dabei als Erweiterung des Strömungsquerschnitts der Scheibenpaare ausgebildet. Die Erweiterung weist eine Kanalhöhe auf, welche im Wesentlichen dem Abstand der Scheibenpaare entspricht.The side channels are an extension formed of the flow cross-section of the disk pairs. The extension has a channel height, which substantially corresponds to the distance between the pairs of discs.
In einer Weiterbildung der Erfindung weisen die Scheibenpaare einen Strömungsquerschnitt mit einer Kanalbreite b und die Gehäusewände einen Abstand w auf, wobei b < w ist und zwischen den Strömungsquerschnitten und der Gehäusewand Materialbrücken angeordnet sind und die insbesondere aus Unter- und/oder Oberscheibe gebildet sind.In a development of the invention, the pairs of discs have a Flow area with a channel width b and the housing walls at a distance w, wherein b <w is and between the flow cross sections and the housing wall material bridges are arranged and in particular from lower and / or upper disk are formed.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist das Gehäuse zumindest zweiteilig ausgebildet, wobei es eine Gehäuseschale sowie einen Deckel aufweist.In a development of the invention, the housing is formed at least in two parts, where there is a housing shell and has a lid.
In einer Weiterbildung der Erfindung weist der Eintrittsbereich des Gehäuses einen Eintrittsstutzen auf, der in der Gehäuseschale oder im Deckel angeordnet ist. Darüber hinaus weist der Austrittsbereich des Gehäuses einen Austrittsstutzen auf, der in der Gehäuseschale oder im Deckel angeordnet ist.In a development of the invention, the inlet region of the housing an inlet nozzle, which is arranged in the housing shell or in the lid is. About that In addition, the outlet region of the housing has an outlet nozzle on, in the housing shell or is arranged in the lid.
In einer Weiterbildung der Erfindung weist das Gehäuse einen Ein- und Austrittsstutzen für das erste Fluid auf, wobei die Ein- und Austrittsstutzen für das erste Fluid im Deckel oder in der Gehäuseschale angeordnet sind und Längsachsen aufweisen, welche gegenüber den Scheibenpaaren geneigt sind.In a development of the invention, the housing has an inlet and outlet nozzle for the first Fluid, wherein the inlet and outlet nozzles for the first fluid in the lid or arranged in the housing shell are and longitudinal axes have, which opposite the disc pairs are inclined.
In einer Weiterbildung der Erfindung weist der Wärmeübertrager einen Bypass auf. Innerhalb des Gehäuses und parallel zu den Scheibenpaaren ist ein Bypasskanal für das zweite Fluid angeordnet. Der Massestrom des zweiten Fluids wird dazu, insbesondere durch eine Trennwand, in mindestens zwei Teilmassenströme aufgezweigt, wobei mindestens ein erster Teilmassenstrom des zweiten Fluids durch die Durchtrittskanäle strömt und mindestens ein zweiter Teilmassenstrom des zweiten Fluids durch den Bypass strömt.In In a further development of the invention, the heat exchanger has a bypass. Inside the case and parallel to the disc pairs is a bypass channel for the second Fluid arranged. The mass flow of the second fluid is to, in particular by a partition, branched into at least two partial mass flows, wherein at least a first partial mass flow of the second fluid through the Passageways flows and at least a second partial mass flow of the second fluid through the Bypass flows.
In einer Weiterbildung der Erfindung bilden die Scheibenpaare ein Paket, welches zweiflutig vom zweiten Fluid durchströmbar ist. Im Eintrittsbereich für das zweite Fluid und/oder im Austrittsbereich für das zweite Fluid ist eine Trennwand angeordnet. Die Trennwand ist dabei insbesondere derart drehbar angeordnet, dass ein Winkel, zwischen Strömungsrichtung des zweiten Fluids einer Längsseite der Trennwand zwischen 0° und 360° einstellbar ist.In In a further development of the invention, the pairs of discs form a package, which is double-flowed through by the second fluid. In the entry area for the second Fluid and / or in the outlet area for the second fluid is a Partition arranged. The partition is in particular such rotatably arranged, that an angle, between flow direction the second fluid of a longitudinal side the partition between 0 ° and 360 ° adjustable is.
In einer Weiterbildung der Erfindung enthält der Wärmeübertrager mindestens ein Rückschlagventil, welches vorzugsweise im Gehäuse integriert ist und sich im Austrittsbereich befindet.In According to a development of the invention, the heat exchanger contains at least one non-return valve, which preferably in the housing is integrated and located in the exit area.
In einer Weiterbildung der Erfindung der ist der Bypasskanal im Wärmeübertrager oberhalb oder unterhalb der Scheibenpaare angeordnet.In a development of the invention is the bypass channel in the heat exchanger arranged above or below the pairs of discs.
In
einer Weiterbildung der Erfindung ist der Bypasskanal als Bypassrohr
ausgebildet, welches in das Gehäuse
einlegbar ist. Das Bypassrohr ist dabei gegenüber den Strömungskanälen (
In einer Weiterbildung der Erfindung ist das Bypassrohr von den Strömungskanälen und/oder den Durchtrittskanälen im Wesentlichen beabstandet angeordnet. Die Beabstandung erfolgt vorzugsweise durch in das Bypassrohr und/oder in die Strömungskanäle und/oder die Durchtrittskanäle eingebrachte Ausprägungen oder Ausstanzungen.In a development of the invention, the bypass pipe from the flow channels and / or the Passageways arranged substantially spaced. The spacing is done preferably through into the bypass tube and / or in the flow channels and / or the passageways introduced characteristics or punched out.
In einer Weiterbildung der Erfindung besteht das Bypassrohr aus mindestens einem Teilelement, welches vorzugsweise als offenes Profil und besonders vorteilhaft als U-Profil oder Halbrohr ausgebildet ist.In a development of the invention, the bypass pipe consists of at least a sub-element, which preferably as an open profile and especially is advantageously designed as a U-profile or half pipe.
In einer Weiterbildung der Erfindung umfasst das Bypassrohr zwei Rohrhälften, die vorzugsweise stoffschlüssig durch Löten, Schweißen, Kleben usw. miteinander verbunden sind.In In a further development of the invention, the bypass pipe comprises two pipe halves, the preferably cohesively by soldering, Welding, Gluing etc. are connected to each other.
In einer Weiterbildung der Erfindung weist das Bypassrohr mindestens eine Längstrennwand auf.In a development of the invention, the bypass pipe at least a longitudinal partition on.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist in den Eintritts- oder Austrittsbereich des Gehäuses mindestens eine Bypassklappe integriert. Die Bypassklappe ist einstellbar und kann einen Winkel von 0° bis 360° annehmen, wodurch der Massenstrom des zweiten Fluids in den ersten Teilmassenstrom und den zweiten Teilmassenstrom aufgeteilt wird. Der erste Teilmassenstrom strömt durch die Durchtrittskanäle und wird dabei insbesondere gekühlt. Der zweite Teilmassenstrom strömt, insbesondere ungekühlt durch den Bypass. Mittels des Bypassventils ist der erste Teilmassenstrom des zweiten Fluids durch die Durchtrittskanäle einstellbar und/oder steuerbar und/oder regelbar. Der zweite Teilmassenstrom des zweiten Fluids durch den Bypass ergibt sich in Abhängigkeit von dem eingestellten ersten Teilmassenstrom und ist somit ebenfalls steuerbar und/oder regelbar.In a development of the invention is in the entry or exit area of the housing at least integrated a bypass flap. The bypass flap is adjustable and can make an angle from 0 ° to Assume 360 °, whereby the mass flow of the second fluid in the first partial mass flow and the second partial mass flow is divided. The first partial mass flow flows through the passageways and is thereby cooled in particular. The second partial mass flow flows, especially uncooled through the bypass. By means of the bypass valve is the first partial mass flow the second fluid through the passageways adjustable and / or controllable and / or adjustable. The second partial mass flow of the second fluid through the Bypass results in dependence from the set first partial mass flow and is therefore also controllable and / or controllable.
In einer Weiterbildung des Wärmeübertragers weist der Eintrittsbereich zwei separate Eintrittsstutzen sowie eine Trennwand auf.In a development of the heat exchanger The entrance area has two separate inlet ports as well a partition on.
In einer Weiterbildung der Erfindung bilden die Scheibenpaare ein Paket, welches zweiflutig vom zweiten Fluid durchströmbar ist. Eine Eintrittskammer sowie eine Austrittskammer sind einerseits des Scheibenpaketes angeordnet. Andererseits des Scheibenpaketes ist eine Umlenkkammer für das zweite Fluid angeordnet.Form in a development of the invention the pairs of discs a package which is double-flowed through by the second fluid. An inlet chamber and an outlet chamber are arranged on the one hand of the disk package. On the other hand, the disk package, a deflection chamber for the second fluid is arranged.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist der Bypass in das Gehäuse integriert. Insbesondere ist der Bypass einteilig mit dem Gehäuse ausgeführt.In a development of the invention, the bypass is integrated into the housing. In particular, the bypass is made in one piece with the housing.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist der Bypass in den Deckel integriert. Insbesondere ist der Bypass einteilig mit dem Deckel ausgeführt.In a development of the invention, the bypass is integrated in the lid. In particular, the bypass is made in one piece with the lid.
Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Klappe im Eintrittsbereich oder im Austrittsbereich angeordnet ist.Heat exchanger according to one of the preceding claims, characterized that the flap is arranged in the entry area or in the exit area is.
In einer Weiterbildung der Erfindung weist der Wärmeübertrager mindestens ein Bypassventil auf, welches den Volumen- und/oder Massestrom insbesondere des zweiten Fluids durch den Bypass steuert und/oder regelt. Das Bypassventil ist vorzugsweise in das Gehäuse integriert und insbesondere einstückig mit diesem ausgeführt. Das Bypassventil ist im Eintrittsbereich und/oder im Austrittsbereich angeordnet.In According to a development of the invention, the heat exchanger has at least one bypass valve, which the volume and / or mass flow in particular of the second Controls and / or regulates fluids through the bypass. The bypass valve is preferably in the housing integrated and especially designed in one piece with this. The Bypass valve is in the inlet area and / or in the outlet area arranged.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist das Bypassventil als Kombiventil ausgeführt, welches im Folgenden als Wärmeübertragerventileinrichtung bezeichnet ist. Die Wärmeübertragerventileinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilscheibe zwischen einer ersten Öffnungsstellung, in welcher der Bypassausgang geschlossen und der Wärmeübertragerausgang geöffnet ist, und einer zweiten Öffnungsstellung verdrehbar ist, in welcher der Bypassausgang geöffnet und der Wärmeübertragerausgang geschlossen ist. Durch die verdrehbare Ventilscheibe kann auch bei hohen Drücken eine ausreichende Dichtigkeit gewährleistet werden.In a development of the invention is the bypass valve as a combination valve executed which hereinafter referred to as Wärmeübertragerventileinrichtung is designated. The heat transfer valve device is characterized in that the valve disc between a first open position, in which the bypass outlet is closed and the heat exchanger outlet open is, and a second opening position is rotatable, in which the bypass outlet is opened and the heat exchanger outlet closed is. Due to the rotatable valve disc can also at high pressures a sufficient tightness guaranteed become.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Wärmeübertragerventileinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die verdrehbare Ventilscheibe eine Fluiddurchgangsöffnung aufweist, die durch Verdrehen zumindest teilweise mit einer von zwei weiteren Fluiddurchgangsöffnungen zur Deckung bringbar ist, die in einer relativ zu dem Ventilgehäuse feststehenden Ventilscheibe vorgesehen sind. Die drei Fluiddurchgangsöffnungen sind vorzugsweise deckungsgleich zueinander ausgebildet.One Another preferred embodiment the heat exchanger valve device Is characterized in that the rotatable valve disc a Fluid passage opening which, by twisting at least partially with one of two further fluid passage openings can be brought to cover, which is fixed in a relative to the valve housing Valve disc are provided. The three fluid passage openings are preferably formed congruent to each other.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Wärmeübertragerventileinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass eine der Fluiddurchgangsöffnungen in der feststehenden Ventilscheibe mit dem Wärmeübertragerausgang und die andere Fluiddurchgangsöffnung mit dem Bypassausgang in Verbindung steht. In Abhängigkeit von der Überdeckung der Fluiddurchgangsöffnungen in den Ventilscheiben gelangt mehr oder weniger oder gar kein Fluid zu dem Bypassausgang beziehungsweise dem Wärmeübertragerausgang.One Another preferred embodiment the heat exchanger valve device is characterized in that one of the fluid passage openings in the fixed valve disc with the heat exchanger output and the other fluid passage opening with communicates with the bypass output. Depending on the coverage the fluid passage openings in the valve discs more or less or no fluid passes to the bypass outlet or the heat exchanger outlet.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Wärmeübertragerventileinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die feststehende Ventilscheibe eine Vertiefung aufweist, in der die verdrehbare Ventilscheibe geführt ist. Das liefert den Vorteil, dass auf eine Ventilscheibenführung an dem Ventilgehäuse verzichtet werden kann.One Another preferred embodiment the heat exchanger valve device is characterized in that the fixed valve disc has a recess in which the rotatable valve disc is guided. This provides the advantage that on a valve disc guide the valve housing can be waived.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Wärmeübertragerventileinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die feststehende Ventilscheibe ein Außengewinde aufweist, mit dem die feststehende Ventilscheibe in ein komplementär ausgebildetes Innengewinde des Ventilgehäuses eingeschraubt ist. Dadurch wird die Montage der feststehenden Ventilscheibe vereinfacht.One Another preferred embodiment the heat exchanger valve device is characterized in that the fixed valve disc an external thread has, with the fixed valve disc in a complementary trained Internal thread of the valve housing is screwed. This will cause the mounting of the fixed valve disc simplified.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Wärmeübertragerventileinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass von der verdrehbaren Ventilscheibe eine Aktorstange ausgeht. Durch die Aktorstange, die vorzugsweise aus dem Ventilgehäuse heraus geführt ist, wird die Betätigung der verdrehbaren Ventilscheibe vereinfacht.One Another preferred embodiment the heat exchanger valve device is characterized in that of the rotatable valve disc an actuator rod goes out. By the actuator rod, preferably from the valve body led out is, is the actuation the rotatable valve disc simplified.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Wärmeübertragerventileinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilscheiben zumindest teilweise aus Keramik gebildet sind. Anstelle von Keramik kann auch Edelstahl verwendet werden.One Another preferred embodiment the heat exchanger valve device is characterized in that the valve discs at least partially are made of ceramic. Instead of ceramics can also be stainless steel be used.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Wärmeübertragerventileinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilschieber zwischen einer ersten Extremstellung, in welcher der Bypassausgang geschlossen und der Wärmeübertragerausgang geöffnet ist, und einer zweiten Extremstellung hin und her bewegbar ist, in welcher der Bypassausgang geöffnet und der Wärmeübertragerausgang geschlossen ist. Durch den Ventilschieber kann auch bei hohen Drücken eine ausreichende Dichtigkeit gewährleistet werden.One preferred embodiment the heat exchanger valve device is characterized in that the valve slide between a first extreme position, in which the bypass outlet is closed and the heat exchanger output open is, and a second extreme position is movable back and forth, in which the bypass outlet is opened and the heat exchanger output closed is. Through the valve spool can even at high pressures a sufficient tightness guaranteed become.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Wärmeübertragerventileinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilschieber teilweise aus Keramik gebildet ist. Anstelle von Keramik kann auch Edelstahl verwendet werden.One Another preferred embodiment the heat exchanger valve device is characterized in that the valve slide partially off Ceramic is formed. Stainless steel can also be used instead of ceramics become.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Wärmeübertragerventileinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilgehäuse teilweise aus Keramik gebildet ist. Vorzugsweise ist die Lauffläche für den Ventilschieber aus Keramik gebildet.Another preferred embodiment of the heat exchanger valve device is characterized in that the valve housing is partially formed of ceramic. Preferably, the Tread for the valve spool made of ceramic.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Wärmeübertragerventileinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilschieber mit einem Dichtelement für den Eingang ausgestattet ist. Vorzugsweise ist der Eingang mit einem Dichtsitz für das Dichtelement ausgestattet.One Another preferred embodiment the heat exchanger valve device is characterized in that the valve slide with a sealing element for the Entrance is equipped. Preferably, the input is with a Sealing seat for the Equipped sealing element.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Wärmeübertragerventileinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement eine dem Eingang zugewandte Dichtfläche aufweist, welche die Gestalt eines Kugelabschnitts hat. Durch Verwendung eines Kugelabschnitts mit einem großen Durchmesser wird das Verschieben des Ventilschiebers erleichtert.One Another preferred embodiment the heat exchanger valve device is characterized in that the sealing element is an input facing sealing surface having the shape of a spherical section. By using a ball section with a large diameter will shift the valve spool easier.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Wärmeübertragerventileinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement an dem Ventilschieber hin und her bewegbar geführt ist. Dadurch wird das Verschließen des Eingangs mit dem Dichtelement, das auch als Schließelement bezeichnet wird, vereinfacht.One Another preferred embodiment the heat exchanger valve device is characterized in that the sealing element on the valve spool guided back and forth is. This will make the closure the entrance with the sealing element, which also serves as a closing element is simplified.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Wärmeübertragerventileinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement durch eine Federeinrichtung gegen den Eingang vorgespannt ist. Dadurch wird ein dichtes Verschließen des Eingangs ermöglicht.One Another preferred embodiment the heat exchanger valve device is characterized in that the sealing element by a spring device is biased against the entrance. This will close the entrance tightly allows.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Wärmeübertragerventileinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilschieber einen Druckausgleichskanal aufweist. Dadurch wird das Verschieben des Ventilschiebers in dem Ventilgehäuse erleichtert.One Another preferred embodiment the heat exchanger valve device is characterized in that the valve spool a pressure equalization channel having. As a result, the displacement of the valve spool in the valve housing facilitated.
In einer Weiterbildung der Erfindung weist der integrierte Bypass eine schwenkbare Trennwand auf, mittels welcher der Eintrittsstutzen und der Austrittsstutzen kurzschließbar sind.In a development of the invention, the integrated bypass a pivotable partition on, by means of which the inlet nozzle and the outlet nozzle are short-circuited.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist das erste Fluid ein flüssiges Kühlmittel, insbesondere das Kühlmittel aus dem Kühlkreislauf einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges, und das zweite Fluid ist rückgeführtes Abgas der Brennkraftmaschine.In In a development of the invention, the first fluid is a liquid coolant, in particular the coolant from the cooling circuit an internal combustion engine of a motor vehicle, and the second fluid is recirculated exhaust gas the internal combustion engine.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist das erste Fluid Luft und das zweite Fluid rückgeführtes Abgas einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges.In a development of the invention is the first fluid air and the second fluid recirculated exhaust gas an internal combustion engine of a motor vehicle.
In
einer Weiterbildung der Erfindung ist dem Scheibenpaket ein Oxidationskatalysator
vorgeschaltet ist, wie er in der unveröffentlichten
In einer Weiterbildung der Erfindung ist das erste Fluid ein flüssiges Kühlmittel, insbesondere das Kühlmittel des Kühlkreislaufes eines Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges, und das zweite Fluid der Brennkraftmaschine ist zuführbare Ladeluft.In In a development of the invention, the first fluid is a liquid coolant, in particular the coolant the cooling circuit an internal combustion engine of a motor vehicle, and the second fluid of the Internal combustion engine is feedable Charge air.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist das erste Fluid Luft und das zweite Fluid einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges zuführbare Ladeluft.In a development of the invention is the first fluid air and the second fluid of an internal combustion engine of a motor vehicle supplied charge air.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist der Wärmeübertragers als Abgaskühler in einem Abgasrückführsystem einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges oder als Zuheizer zur Innenraumerwärmung eines Kraftfahrzeuges verwendet, dabei wird die von dem zweiten Fluid auf das erste Fluid übertragene Wärme dazu verwendet, um den Fahrgastinnenraum eines Fahrzeuges zu heizen.In a development of the invention is the heat exchanger as exhaust gas cooler in an exhaust gas recirculation system an internal combustion engine of a motor vehicle or as a heater for interior heating used of a motor vehicle, while that of the second Fluid transferred to the first fluid Heat to it used to heat the passenger compartment of a vehicle.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist der Wärmeübertrager als Ölkühler zur Kühlung von Motoröl einer Brennkraftmaschine oder von Getriebeöl eines Kraftfahrzeuges durch ein flüssiges Kühlmittel, vorzugsweise das Kühlmittel des Kühlkreislaufes der Brennkraftmaschine verwendet.In a development of the invention, the heat exchanger as oil cooler for cooling of engine oil an internal combustion engine or transmission oil of a motor vehicle a liquid Coolant, preferably the coolant the cooling circuit the internal combustion engine used.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist der Wärmeübertragers als Kältemittelkondensator im Kältemittelkreislauf einer Klimaanlage für Kraftfahrzeuge verwendet.In a development of the invention is the heat exchanger as a refrigerant condenser in the refrigerant circuit an air conditioner for Used motor vehicles.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist der Wärmeübertragers als Kältemittelabgaskühler im Kältemittelkreislauf einer Klimaanlage für Kraftfahrzeuge verwendet.In a development of the invention is the heat exchanger as a refrigerant gas cooler in the refrigerant circuit an air conditioner for Used motor vehicles.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist der Wärmeübertragers als Kältemittelverdampfer im Kältemittelkreislauf einer Klimaanlage für Kraftfahrzeuge verwendet.In a development of the invention is the heat exchanger as a refrigerant evaporator in the refrigerant circuit an air conditioner for Used motor vehicles.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.Further advantageous embodiments of the invention will become apparent from the Dependent claims.
Eine
besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung stellen Konzepte
dar, bei denen die Ränder
beider Scheiben des Scheibenpaares umlaufend und ununterbrochen
so ausgebildet sind, dass sie überall
eine flächige
Anlage zueinander haben (
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Gehäuse mindestens zweiteilig ausgebildet, d. h. zum Beispiel aus einem ersten wannenförmigen Gehäuseteil, einer Gehäuseschale, und einem zweiten deckelförmigen Teil, einem Deckel, ausgebildet. Beide Teile können ineinander gesetzt und einfach miteinander gefügt, insbesondere verlötet, verschweißt, verklebt usw. werden. Mit einem solchen Gehäusekonzept wird auch ein optimaler Fügeprozess, insbesondere Lötprozess, Schweißprozess, Klebeprozess usw., der gestapelten Scheibenpaare erreicht, wenn die Gehäuseteile ebenfalls in Stapelrichtung der Scheibenpaare ineinander eingesteckt bzw. übereinander gesteckt werden und durch Verlötung, Schweißen, Kleben usw. während des Fügeprozesses, insbesondere des Lötprozesses, Schweißprozess, Klebeprozesses usw., zum Gehäuse gefügt werden. Bei geeigneter Ausführung können sich dann auch die Gehäuseteile in gleichem Maß mit den Scheibenpaaren aufeinender zubewegen, so dass beispielsweise durch die schmelzenden Lotschichten keine Spalte oder Löt-, Schweiß- und/oder Klebefehlstellen entstehen. Vorteilhafterweise können die Gehäuseschale ebenso wie der Deckel als Umform- und/oder Urformteile wie beispielsweise Tiefziehteile hergestellt werden, wobei die Gehäusescha le auch den Eintritts- und Austrittsbereich für das zweite Fluid bilden kann. Ferner können an dem Gehäuse, sei es die Gehäuseschale oder der Gehäusedeckel, Ein- und Austrittsstutzen sowohl für das erste als auch für das zweite Fluid angeformt werden, z. B. als Durchzüge. Die Lage und Form der Stutzen kann entsprechend den Anforderungen an den Wärmeübertrager beliebig gewählt werden. So können für das zweite Fluid der Ein- und Austrittsstutzen am gleichen Kühlerende oder an gegenüberliegenden Enden liegen (siehe Erläuterungen hierzu weiter unten) und der Eintritt und Austritt kann in jede beliebige Richtung erfolgen, also z.B. in Längsrichtung des Kühlers, nach oben – hier aus dem Deckel, nach unten aus dem Gehäuse oder seitlich aus dem Gehäuse.To a further advantageous embodiment of the invention is casing formed at least in two parts, d. H. for example, from one first trough-shaped Housing part, a housing shell, and a second lid-shaped Part, a lid, trained. Both parts can be put together and simply joined together, especially soldered, welded, glued etc. become. With such a housing concept is also an optimal Joining process, in particular soldering process, welding process, Gluing process, etc., which reaches stacked pairs of discs when the housing parts also in the stacking direction of the disk pairs plugged into each other or one above the other be plugged and by soldering, Welding, Gluing etc. while of the joining process, especially the soldering process, Welding process, Gluing process, etc., to the housing together become. With suitable design can then also the housing parts to the same extent move the pairs of discs aufeinender, so that, for example no fissures, soldering, welding and / or soldering through the melting solder layers Small defects arise. Advantageously, the housing shell as well as the lid as forming and / or molded parts such as Deep-drawn parts are manufactured, wherein the Gehäusescha le also the entrance and exit area for can form the second fluid. Furthermore, on the housing, be it's the case shell or the housing cover, Inlet and outlet ports for both the first and the second Fluid are formed, for. B. as passages. The location and shape of the neck can be chosen according to the requirements of the heat exchanger. So can for the second fluid of the inlet and outlet nozzles at the same radiator end or at opposite Ends lie (see explanations this below) and the entry and exit can be in any in any direction, e.g. in the longitudinal direction of the radiator, after above - here from the lid, down from the case or sideways out of the case.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann parallel zu dem Scheibenpaket ein Bypasskanal im Gehäuse angeordnet werden, wobei der Bypass beispielsweise als Rohr ausgebildet sein kann, welches in das Gehäuse eingelegt und mit den übrigen Teilen verlötet wird. Ein derartiger Bypass ist insbesondere bei Verwendung des Wärmeübertragers als Abgaskühler in einem Abgasrückführsystem von Vorteil. Derartige Bypassanordnungen in Verbindung mit entsprechenden Bypassklappen zur Steuerung des Abgasstromes durch den Wärmeübertrager oder durch den Bypass sind an sich aus dem Stand der Technik bekannt. Die erfindungsgemäße Bauweise des Wärmeübertragers lässt eine Integration eines Bypasskanals sowie einer Bypassklappe in den Abgaskühler mit einfachen Mitteln zu. Der im Bypass geführte Fluidstrom muss auch im Eintrittsbereich getrennt von dem Fluidstrom geführt werden, der die Wärmetauscherkanäle durchströmt. Hiefür kann im Eintrittsbereich für das zweite Fluid ein Trennblech oder Trennelement, in der einfachsten Ausführung ein Trennblech, vorgesehen werden, das den Eintrittsbereich in zwei Bereiche trennt, einen für den Bypassfluidstrom und den anderen für den Wärmetauscherfluidstrom. Trennelemente können beispielsweise in ein Gehäuseteil oder zwischen Gehäuseteile geklemmt, eingeschweißt oder eingelötet sein. Die getrennten Eintrittsbereiche können entweder jeweils eine eigene Eintrittsöffnungen im Gehäuse aufweisen oder durch eine gemeinsame, durch das Trennelement jedoch zweigeteilte Eintrittsöffnung mit den Fluidströmen versorgt werden. Im Fall der gemeinsamen Eintrittsöffnung ist natürlich auch eine Trennung der bei den Fluidströme in der Zuleitung des zweiten Fluids erforderlich, bzw. eine Bypassklappe muss direkt auf die Eintrittsöffnung aufgesetzt werden in einer Art, dass sie direkt mit dem Trennelement abschließt und keine unzulässigen Leckagen von der Bypass- auf die Wärmetauscherseite und umgekehrt auftreten können. Dies kann beispielsweise durch das Anflanschen oder eines angeflanschten Moduls aus Klappe, Gehäuse und Aktuator geschehen. Weiterhin kann die Bypassklappe auch in den Eintrittsbereich des zweiten Fluids so integriert werden, dass der Gasstrom anforderungsgemäß direkt in den Bypasskanal oder in die Wärmetauscherkanäle gelenkt wird. Auch bei einer solchen integrierten Bypassklappe kann zwischen dem Beginn des Bypasses und der Klappe zur Abdichtung noch ein zusätzliches Trennelement erforderlich werden. Alle geschilderten Lösungen können mit gleicher Funktionalität ebenso im Austrittsbereich für das zweite Fluid vorgesehen werden, also Trennelement und Bypassklappe in den geschilderten Anordnungen und Kombinationen. Die Aussagen zur erforderlichen Trennung der Fluidströme in der Zuleitung gelten dann entsprechend für die Ableitung. Alle Lösungen sind auch mit einem Kombiventil statt einer Bypassklappe möglich, das heißt, neben der Lenkung des Fluids in die Wärmetauscherkanäle oder in den Bypass ist auch die vollständige Blockade des zweiten Fluids möglich. Beispielsweise können die beschriebenen Bypassklappen oder Ventile über einen elektrischen Steller oder über eine U-Dose (Druckstellglied) betätigt werden.According to a further advantageous embodiment of the invention, a bypass channel can be arranged in the housing parallel to the disk package, wherein the bypass may be formed, for example, as a tube which is inserted into the housing and soldered to the other parts. Such a bypass is particularly advantageous when using the heat exchanger as the exhaust gas cooler in an exhaust gas recirculation system. Such bypass arrangements in conjunction with corresponding bypass valves for controlling the exhaust gas flow through the heat exchanger or through the bypass are known per se from the prior art. The construction of the heat exchanger according to the invention allows an integration of a bypass channel and a bypass flap in the exhaust gas cooler with simple means. The bypassed fluid flow must also be conducted separately in the inlet region of the fluid flow, which flows through the heat exchanger channels. For this purpose, a separating plate or separating element, in the simplest embodiment a separating plate, which separates the inlet region into two regions, one for the bypass fluid flow and the other for the heat exchanger fluid flow, can be provided in the inlet region for the second fluid. Separating elements can be clamped, welded or soldered, for example, in a housing part or between housing parts. The separate inlet regions can either each have their own inlet openings in the housing or can be supplied with the fluid streams by a common inlet opening divided into two parts by the separating element. In the case of the common inlet opening, of course, a separation of the fluid flows in the supply of the second fluid is required, or a bypass valve must be placed directly on the inlet opening in a way that it closes directly with the separator and no impermissible leakage from the Bypass- on the heat exchanger side and vice versa can occur. This can be done, for example, by flanging or a flanged module of flap, housing and actuator happen. Furthermore, the bypass flap can also be integrated into the inlet region of the second fluid in such a way that, as required, the gas flow is directed directly into the bypass channel or into the heat exchanger channels. Even with such an integrated bypass flap can still be required between the beginning of the bypass and the flap for sealing an additional separator. All described solutions can be provided with the same functionality in the exit region for the second fluid, ie separating element and bypass valve in the described arrangements and combinations. The statements regarding the required separation of the fluid flows in the supply line then apply accordingly to the discharge. All solutions are also possible with a combination valve instead of a bypass flap, that is, in addition to the steering of the fluid in the heat exchanger channels or in the bypass and the complete blockage of the second fluid is possible. For example, the described bypass valves or valves can be actuated via an electric actuator or via a U-can (pressure actuator).
Der erfindungsgemäße Wärmetauscher lässt sehr unterschiedliche Ausführungen des Bypasskanals zu. In einer Weiterbildung der Erfindung ist der Bypass in Stapelrichtung der Scheibenpaare unterhalb der untersten Scheibe oder oberhalb der obersten Scheibe eingelegt. Er grenzt direkt an das Gehäuse an. In einer Weiterbildung der Erfindung ist der Bypass seitlich neben den gestapelten Scheibenpaaren in das Gehäuse eingelegt. In einer Weiterbildung der Erfindung ist der Bypasskanal einstückig mit dem Gehäuse ausgeführt, indem eine oder mehrere Längssicken so in das Gehäuse eingeprägt werden, dass dadurch der Bypasskanal ausgebildet ist, welcher auf der einen Seite von der Gehäusewand und auf der anderen Seite durch die erste Scheibe des Scheibenbündels begrenzt ist. In einer Weiterbildung der Erfindung ist ein Bypass derart ausgebildet, dass eine im wesentlichen U-förmige Schale auf eine Gehäuseseite aufgesetzt und insbesondere mit dieser gefügt ist und insbesondere mit dieser verlötet, verschweißt, verklebt, usw ist. In diesem Fall ist der Bypass zwischen aufgesetzter Schale und der Gehäusewand eingeschlossen. Weiterhin kann ein erfindungsgemäßer Wärmetauscher auch mit einem vollständig externen Bypass kombiniert sein, also einem geschlossenen Strömungskanal für das 2. Fluid, der mit dem Wärmetauscher verbunden sein kann, beispielsweise angeschweißt, angelötet, oder mit dem Wärmetauscher in gemeinsamen Haltern fixiert sein kann. Ein externer Bypass kann aber auch vollständig separat vom Wärmetauscher geführt werden.Of the inventive heat exchanger can be very different versions to the bypass channel. In a further development of the invention is the Bypass in the stacking direction of the disk pairs below the bottom Disc or inserted above the top disc. He borders directly to the housing at. In a further development of the invention, the bypass is laterally placed next to the stacked disc pairs in the housing. In a further education the invention, the bypass channel is made integral with the housing by one or more longitudinal beads so in the case imprinted be that thereby the bypass channel is formed, which on one side of the housing wall and bounded on the other side by the first disc of the disc bundle is. In one embodiment of the invention, a bypass is such formed, that a substantially U-shaped shell on a housing side attached and in particular with this is joined and in particular with this soldered, welded, glued, etc is. In this case, the bypass is between attached shell and the housing wall locked in. Furthermore, a heat exchanger according to the invention can also be equipped with a completely external one Bypass be combined, so a closed flow channel for the 2. fluid, with the heat exchanger may be connected, for example, welded, soldered, or with the heat exchanger can be fixed in common holders. An external bypass can but also completely separately from the heat exchanger guided become.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann jede Form von Abstandshalter zwischen dem Scheibenstapel und der Gehäusewand verwendet werden, wie beispielsweise eine Wellblech oder ein Rippenblech. Weiterhin sind durchlässige Strukturen wie beispielsweise Drahtgeflechte, poröse Materialien oder ähnliches denkbar. Besonders vorteilhaft kann auch eine sich in Längsrichtung erstreckende Schale sein, die ein U-Profil aufweist und die sich zu einer Gehäusewand hin öffnet. Mit der geschlossenen Seite stützt sie den Scheibenstapel ab.In A development of the invention can be any form of spacer be used between the disc stack and the housing wall, such as For example, a corrugated metal or a ribbed sheet. Furthermore are permeable Structures such as wire mesh, porous materials or the like conceivable. Particularly advantageous may also be a longitudinal direction be extending shell, which has a U-profile and the to a housing wall opens. With the closed side supports take off the disk stack.
In einer Weiterbildung der Erfindung ragen die den Kanal bildenden Strukturen in Längsrichtung über die durch die gestapelten Scheiben gebildeten Wärmetauscherkanäle in den Eintritts- und/oder Austrittsbereich des zweiten Fluids hinein. Auf diese Weise kann ein Trennelement zwischen Bypassfluidstrom und Wärmetauscherfluidstrom entfallen. In einer Weiterbildung der Erfindung ist die integrierte Bypassklappe derart ausgebildet, dass das kein zusätzliches Trennelement für den Bypasskanal erforderlich ist.In a development of the invention, which form the channel Structures in the longitudinal direction over the through the stacked discs formed heat exchanger channels in the Entry and / or exit area of the second fluid into it. In this way, a separating element between bypass fluid flow and heat exchange fluid flow omitted. In one embodiment of the invention is the integrated Bypass flap designed such that no additional Separating element for the bypass channel is required.
Der Bypasskanal soll die Passage des zweiten Fluids vorbei an den Wärmetauscherkanälen ohne starken Energietransfer vom oder zum ersten Fluid ermöglichen und er sollte daher möglichst gut thermisch vom ersten Fluid entkoppelt sein. Die Entkoppelung kann beispielsweise durch eine Noppen- oder Sickenabstützung des Bypasskanales gegen die Gehäusewand und/oder gegen den Scheibenstapel erfolgen. Die Noppen bzw. Sicken können dabei sowohl aus einer den Bypasskanal bildenden Struktur, beispielsweise einem Rohr und/oder aus der Gehäusewand oder der angrenzenden ersten Scheibe des Scheibenstapels ausgeprägt sein. Als Isolierelement kann auch eine zusätzliche Isolierung zwischen Bypasskanal und benachbarten Strukturen eingelegt sein, welches eine geringe Wärmeleitfähigkeit (gute Isolierwirkung) aufweist. Die Isolierwirkung erfolgt durch isolierende Materialien und/oder durch die Formgebung, insbesondere durch eine Rippenstruktur.Of the Bypass duct is said to pass the second fluid past the heat exchanger ducts without allow strong energy transfer from or to the first fluid and he should therefore as possible be thermally decoupled from the first fluid. The decoupling For example, by a knob or bead support of the bypass channel against the housing wall and / or against the disk stack. The knobs or beads can in this case both from a structure forming the bypass channel, for example a pipe and / or from the housing wall or the adjacent first disc of the disc stack. As an insulating element can also be an additional insulation between the bypass channel and adjacent structures, which has a low thermal conductivity (good insulation) has. The insulation is done by insulating materials and / or by the shaping, in particular through a ribbed structure.
In einer Weiterbildung der Erfindung erfolgt Ausführung des Bypasskanals doppelwandig, insbesondere mit einer dickeren, tragenden äußeren Wand und einer dünneren, inneren Wand. Die beiden Wände sind derart gestaltet, dass die äußere Wand geringere Thermospannungen aufweist, als die innere Wand.In In a further development of the invention, the bypass channel is double-walled, especially with a thicker, supporting outer wall and a thinner, inner wall. The two walls are designed such that the outer wall is smaller Thermal stresses than the inner wall.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Wärmeübertrager zwei- oder mehrflutig durchströmbar ist, d. h. das zweite Fluid wird in Teilströme aufgeteilt, die jeweils durch einen Teil der Wärmetauscherkanäle parallel oder im Gegenstrom geführt werden. Zur Trennung der Teilströme können die gleichen Anordnungen von Trennblechen und Ein-/Auslassöffnungen herangezogen werden, wie schon bei der Integration des Bypassrohres beschrieben.In A further embodiment of the invention provides that the heat exchanger two or can be flowed through with multiple flooding is, d. H. the second fluid is divided into sub-streams, each through a part of the heat exchanger channels in parallel or conducted in countercurrent become. For separation of the partial flows can the same arrangements of dividers and inlet / outlet openings be used, as with the integration of the bypass tube described.
In einer Weiterbildung der Erfindung sind die Abgasteilströme aus zwei Zylinderbänken jeweils in einer Flut geführt. Somit können die jeweiligen Druckspitzen, die sich in den zwei Fluten ergeben, zur Erhöhung der Abgasrückführrate und der Kraftstoffeffizienz genutzt werden, wenn eine Rückströmung in die andere Flut vermieden wird. Die Rückströmung wird daher durch Rückschlagventile unterbunden, die insbesondere im Austrittsbereich des zweiten Fluids in den Abgaskühler integriert sind oder in Kombination mit einem Trennblech im Austrittsbereich an der Austrittsöffnung des Kühlergehäuses angeordnet, beispielsweise angeflanscht sind.In a development of the invention, the exhaust gas streams of two cylinder banks each led in a flood. Thus, you can the respective pressure peaks that arise in the two floods, to increase the exhaust gas recirculation rate and The fuel efficiency can be used when a backflow into the other tide is avoided. The return flow is therefore through check valves prevented, in particular in the outlet region of the second fluid in the exhaust gas cooler integrated or in combination with a separating plate in the outlet area at the exit opening arranged the radiator housing, for example are flanged.
In einer Weiterbildung der Erfindung sind mehrflutige Wärmetauscher mit min einer Umlenkung des zweiten Fluids ausgebildet. Dabei wird das zweite Fluid nicht in Teilströme aufgeteilt sondern durch einen Teil der Fluidkanäle vom Eintrittsende des zweiten Fluids an das andere Ende geführt, wo es umgelenkt, insbesondere im Wesentlichen um 180° umgelenkt, wird und durch einen anderen Teil der Fluidkanäle wieder zurückgeführt wird. Die Umlenkung kann dabei in mehreren Teilstufen erfolgen. Es können aber auch mehrere Umlenkungen vorgesehen sein, wobei der Austritt des zweiten Fluids bei einer ungeraden Anzahl von Umlenkungen am Eintrittsende des Wärmetauschers erfolgt und der Austritt bei einer geraden Zahl von Umlenkungen am anderen Ende des Wärmetauschers erfolgt.In a development of the invention are mehrflutige heat exchanger formed with min a deflection of the second fluid. It will the second fluid is not divided into sub-streams but by a part of the fluid channels of Entrance end of the second fluid led to the other end where it deflected, in particular substantially deflected by 180 °, and by a other part of the fluid channels is returned again. The deflection can be done in several sub-stages. But it can also be provided several deflections, wherein the exit of the second fluid with an odd number of deflections at the entrance end of the heat exchanger takes place and the exit at an even number of diversions at the other end of the heat exchanger he follows.
In einer Weiterbildung der Erfindung erfolgt die Umlenkung, als U-Flow, wobei der Eintritt und der Austritt für das zweite Fluid eng beieinander an einem Kühlerende liegen, wodurch der Wärmetauscher bauraumoptimiert integrierbar ist.In In a development of the invention, the deflection takes place as U-flow, wherein the inlet and the outlet for the second fluid are close to each other at a radiator end lie, causing the heat exchanger can be integrated space-optimized.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist der Wärmetauscher als Ladeluftzwischenkühler zwischen den Verdichterstufen eines Turbomotors ausgebildet, wobei im Umlenkbereich insbesondere keine Trennelemente oder andere Umlenkelemente ausgebildet sind, da die Umlenkung durch ein an diesem Ende geschlossenes Gehäuse erfolgt.In a development of the invention is the heat exchanger as a charge air intercooler between formed the compressor stages of a turbo engine, wherein in the deflection in particular, no separating elements or other deflecting elements formed are, since the deflection is done by a closed at this end housing.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist bei der U-Flow Ausbildung kein separates Bypassrohr erforderlich, da im Bypassbetrieb die Verbindung zwischen Ein- und Austrittsstutzen im kombinierten Ein-/Austrittsbereich des Kühlers kurzgeschlossen ist. Im Fall gekühlter Abgasrückführung wird der Weg zwischen Ein- und Austrittstutzen versperrt und das 2. Fluid, insbesondere das Abgas, wird durch die Wärmetauscherkanäle geführt.In a development of the invention is in the U-flow training no separate bypass tube is required as in bypass mode the Connection between inlet and outlet nozzles in the combined inlet / outlet area the radiator shorted. In the case of cooled Exhaust gas recirculation is the path between the inlet and outlet connection blocks and the second fluid, in particular the exhaust gas is passed through the heat exchanger channels.
In einer Weiterbildung der Erfindung des Wärmetauschers mit U-Flow ist mit einer internen Bypassklappe und/oder einem Kombiventil und/oder mit einer externen Bypassklappe und/oder mit einem Kombiventil ausgeführt. Bei einer externen Bypassklappe in Kombination mit einem U-Flow-Kühler ist die Teilung des Ein-/Austrittsbereich durch ein Trennelement vorzusehen und die Bypassklappe ist dann insbesondere in ein Modul integriert, welches direkt den Weg durch den Abgaskühler kurzschließen kann.In a development of the invention of the heat exchanger with U-flow with an internal bypass flap and / or a combination valve and / or with an external bypass flap and / or with a combination valve. at an external bypass valve in combination with a U-flow cooler is the To provide division of the inlet / outlet area by a separating element and the bypass flap is then integrated in particular in a module, which can short circuit the way through the exhaust gas cooler directly.
Wie erwähnt, kann der erfindungsgemäße Wärmeübertrager besonders vorteilhaft als Abgaskühler eingesetzt werden; dabei ist insbesondere die Kühlung des Gehäusemantels von Vorteil, weil das Kühlmittel teilweise in direktem Kontakt mit der Gehäusewand oder indirekt über Materialbrücken mit der Gehäusewand in Verbindung steht. Die Kühlung des Abgaskühlers kann je nach Einsatz bei einer Hoch- oder Niederdruckabgasrückführung (Abgasentnahme vor oder hinter der Abgasturbine) durch das Kühlmittel des Kühlkreislaufes der Brennkraftmaschine oder durch Luft erfolgen, wobei eine Anpassung der Strömungsquerschnitte und des Wärmeüberganges, z. B. durch Turbulenzeinlagen erfolgt. Vorteilhaft bei der Verwendung als Abgaskühler ist auch die Anordnung eines Oxidationskatalysators in Strömungsrichtung des Abgases vor den Scheibenpaaren, also im Eintrittsbereich des Abgaskühlers. Insbesondere sinnvoll ist die Integration eines Oxidationskatalysators vor den Wärmetauscherrohren und einer gegebenenfalls erforderlichen Bypassklappe im Austrittsbereich des Kühlers, da dann die Klappe/Kombiventil vor Verschmutzung geschützt ist.As mentioned, can the heat exchanger according to the invention particularly advantageous as an exhaust gas cooler be used; in particular, the cooling of the housing shell is beneficial because the coolant partially in direct contact with the housing wall or indirectly via material bridges with the housing wall communicates. The cooling of the exhaust gas cooler Depending on the application at a high or low pressure exhaust gas recirculation (exhaust gas extraction before or after the exhaust gas turbine) by the coolant of the cooling circuit the internal combustion engine or by air, with an adjustment the flow cross sections and the heat transfer, z. B. is done by turbulence inserts. Advantageous in use is as exhaust gas cooler also the arrangement of an oxidation catalyst in the flow direction the exhaust gas in front of the disc pairs, ie in the inlet region of the Exhaust gas cooler. Particularly useful is the integration of an oxidation catalyst in front of the heat exchanger tubes and an optionally required bypass flap in the outlet area the radiator, because then the flap / combi valve is protected from contamination.
Der erfindungsgemäße Wärmeübertrager kann vorteilhaft auch als Ladeluftkühler, sei es mit direkter Kühlung (Luft) oder mit indirekter Kühlung (flüssiges Kühlmittel), verwendet werden. Ferner kann der erfindungsgemäße Wärmeübertrager vorteilhaft als kühlmittelgekühlter Ölkühler oder als luftgekühlter Kondensator einer Kraftfahrzeugklimaanlage eingesetzt werden. Bei den unterschiedlichen Verwendungen ist lediglich eine Anpassung an die unterschiedlichen Medien und Wärmeübergangsverhältnisse erforderlich.Of the Heat exchanger according to the invention can also advantageous as intercooler, be it with direct cooling (Air) or with indirect cooling (liquid coolant), be used. Furthermore, the heat exchanger according to the invention can be used advantageously as a coolant-cooled oil cooler or as air cooled Condenser of an automotive air conditioning system can be used. at the different uses is just an adaptation to the different media and heat transfer conditions required.
Weiterhin
können
für das
erste Medium neben den beiden einfachen Anschlussarten Gleichstrom
zwischen erstem und zweitem Fluid oder Gegenstrom zwischen erstem
und zweitem Fluid (wobei der U-Flow Kühler eine Kombination aus beidem
darstellt) auch mehr als ein Kreislauf für das erste Fluid vorgesehen
sein. So kann beispielsweise bei einer Abgaskühleranwendung im Eintrittsbereich
des Abgases der Kühlmittelstrom
parallel zum Abgas geführt
werden, was einer effektiven Siedevermeidung dient, und im Austrittsbereich
des Abgases der Kühlmittelstrom
im Gegenstrom zum Abgas geführt
werden, womit ein besonders effizienter Wärmeübergang im hinteren Teil des
Wärmetauschers
erreicht wird, siehe
Konzepte mit zwei Kreisläufen des ersten Fluids im Gegenstrom zum zweiten Fluid sind besonders sinnvoll, wenn erstes und zweites Medium ähnliche Wärmekapazitäten haben oder das zweite Medium eine höhere Wärmekapazität als das erste aufweist, insbesondere auch wenn beide Medien gasförmig sind.concepts with two circuits the first fluid in countercurrent to the second fluid are particularly useful if the first and second medium have similar heat capacities or the second medium a higher one Heat capacity than that first, especially if both media are gaseous.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert. Es zeigenembodiments The invention are illustrated in the drawing and are explained in more detail below. It demonstrate
Die
Die turbulenzerzeugenden Elemente bzw. die Turbulenzeinlagen sind bei einer weiteren nicht dargestellten Ausführung als Stegrippen ausgebildet.The turbulence-generating elements or the turbulence inserts are included another embodiment, not shown, designed as rib ribs.
Turbulenzeinlagen mit Stegrippen haben trotz ihrer grundsätzlich im Vergleich zu anderen Einlagen, geringeren Durchtrittsquerschnitte, eine vergleichsweise geringe Neigung zur Ansammlung von Ablagerungen. Grundsätzlich war zu befürchten, dass Turbulenzeinlagen mit Stegrippen verstärkt zur Verblockung einzelner Durchtrittskanäle aufgrund der feingliedrigen Struktur der Stegrippen führen würden. Dies ist jedoch in überraschend geringem Maße der Fall, insbesondere wenn die Stege der Stegrippen relativ kurz sind. Ein möglicher Erklärungsansatz hierfür könnte sein, dass durch die über große Teile der Stegrippeneinlage vorhandene turbulente Strömung des Abgases eine Ablagerung von Partikeln verringert ist, wogegen bei längeren, einförmigen Kanälen geordnete Strömungen ausgebildet werden, die in Wandnähe aufgrund der dort sehr geringen Strömungsgeschwindigkeit die Ablagerung von Partikeln begünstigen.turbulence inserts with ribbed ribs, despite their fundamentally compared to others Deposits, smaller passage cross-sections, a comparatively low tendency for accumulation of deposits. Basically to fear that Turbulence inserts with rib ribs reinforced for blocking individual Passageways would lead due to the delicate structure of the rib ribs. This however, is surprising low degree of Case, in particular if the webs of the rib ribs are relatively short. A possible Explanation for this could be that through the over size Parts of the ribbed insert existing turbulent flow of the A deposition of particles is reduced, whereas longer, uniform channels ordered flows be formed near the wall due to the very low flow rate there the deposit of particles.
Zu den
In einer bevorzugten Ausführungsform weisen die Stege der Stegrippen eine Länge auf, die nicht mehr als etwa 10 mm, bevorzugt nicht mehr als etwa 5 mm und insbesondere bevorzugt nicht mehr als etwa 3 mm beträgt. Je nach gegebenem Bauraum und Verbrennungsmotor können bestimmte Anforderungen an den Druckabfall am Abgas-Wärmetauscher bestehen. Je nach diesen Anforderungen kann einer der vorgenannten Längenbereiche bevorzugt sein.In a preferred embodiment the webs of the rib ribs have a length that is not more than about 10 mm, preferably not more than about 5 mm and in particular preferably not more than about 3 mm. Depending on the given space and Internal combustion engine can certain requirements for the pressure drop at the exhaust gas heat exchanger consist. Depending on these requirements, one of the aforementioned length ranges be preferred.
Weiterhin bevorzugt beträgt eine Dichte der Stegrippen quer zu der Abgasstromrichtung zwischen etwa 20 Stegrippen/dm und etwa 50 Stegrippen/dm, bevorzugt zwischen etwa 25 Stegrippen/dm und 45 Stegrippen/dm. Diese Stegrippendichten haben sich in Versuchen als besonders geeignet herausgestellt. Insbesondere stellen die Stegrippen besonders vorteilhaft einen guten Kompromiss zwischen Verblockungsrisiko und Kühlleistung dar.Farther is preferred a density of the rib ribs transverse to the exhaust gas flow direction between about 20 rib ribs / dm and about 50 rib ribs / dm, preferably between about 25 Stegrippen / dm and 45 Stegrippen / dm. These stave lip densities have been found in experiments to be particularly suitable. Especially The ribs provide a particularly advantageous compromise between blocking risk and cooling performance.
Bezüglich einer Höhe der Stegrippen ist zu berücksichtigen, dass bei großen Höhen nur relativ kleine Primärflächen, also durch Kühlmittel gekühlte Oberflächen, zur Verfügung stehen, über die die gesamte Wärme ins Kühlmittel abgegeben werden muss. Bei relativ kleinen Primärflächen steigt dann das Siederisiko im Falle eines flüssigen Kühlmittels. Zudem nimmt der Wirkungsgrad der Einlagen bei zunehmender Höhe der Stegrippen ab. Eine bevorzugt Höhe der Einlage bzw. Stegrippe beträgt daher zwischen etwa 3,5 mm und etwa 10 mm, besonders bevorzugt zwischen etwa 4 mm und etwa 8 mm und insbesondere bevorzugt zwischen etwa 4,5 mm und etwa 6 mm.With regard to a height of the rib ribs, it should be taken into consideration that at relatively high altitudes only relatively small primary surfaces, ie surfaces cooled by coolant, are available, via which the entire heat must be released into the coolant. With relatively small primary surfaces, the boil risk increases in the case of a liquid coolant. In addition, the efficiency of the deposits decreases with increasing height of the rib ribs. A preferred height of the insert or Stegrippe is therefore between about 3.5 mm and about 10 mm, more preferably between about 4 mm and about 8 mm and more preferably between about 4.5 mm and about 6 mm.
In einer bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann es vorgesehen sein, dass vor der Mehrzahl von Strömungskanälen ein Oxidationskatalysator angeordnet ist. Durch einen solchen Katalysator lassen sich allgemein die Partikelgrößen, Partikeldichten und die Anteile an Kohlenwasserstoffen im Abgas durch Oxidation verringern. Es kann dabei ergänzend oder alternativ vorgesehen sein, dass die Einlagen selber mit einer Beschichtung zur katalytischen Oxidierung des Abgases versehen sind. Insbesondere in Verbindung mit oxidkatalytischen Mitteln kann die sinnvoll einsetzbare Dichte der Stegrippen quer zu der Abgasstromrichtung mehr als etwa 50 Stegrippen/dm, insbesondere etwa 75 Stegrippen/dm betragen. Hierdurch würde eine besonders große Wärmetauscherleistung bei gegebenem Bauraum erzielt werden, ohne dass die langfristige Gefahr von Verblockungen durch Ablagerungen besteht.In a preferred embodiment of the device according to the invention It may be provided that in front of the plurality of flow channels Oxidation catalyst is arranged. By such a catalyst In general, the particle sizes, particle densities and the Reduce levels of hydrocarbons in the exhaust gas by oxidation. It can be complementary or alternatively be provided that the deposits themselves with a Coating for the catalytic oxidation of the exhaust gas are provided. In particular in connection with oxidized catalytic agents, the sensibly usable density of the rib ribs transverse to the exhaust gas flow direction more than about 50 rib ribs / dm, in particular about 75 rib ribs / dm be. This would be a especially big heat exchanger performance be achieved in a given space without the long-term Danger of blockages due to deposits.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind die Stegrippen schrägverzahnt. Schrägverzahnte Rippen sind nach experimentellen Befunden besonders geeignet, eine große Langzeitstabilität des Abgas-Wärmetauschers gegen Ablagerungen zu gewährleisten. Dabei beträgt in bevorzugter Ausführung der Winkel zwischen den Stegwänden und einer Hauptrichtung der Stegrippen zwischen etwa 1° und etwa 45°. In besonders bevorzugter Ausführung beträgt der Winkel zwischen etwa 5° und etwa 25°, wobei er in alternativer bevorzugter Ausführung auch zwischen etwa 25° und etwa 45° betragen kann. Der erstgenannte Wertebereich 5° bis 25° eignet sich besonders gut bei üblichen stark druckverlustsensiblen Anwendungen, wobei sich der zweitgenannte Wertebereich zur Erzielung einer optimierten Leistungsdichte, insbesondere bei weniger druckverlustsensiblen Anwendungen eignet.In a particularly preferred embodiment the ribs are helically toothed. helical Ribs are according to experimental findings particularly suitable, a size Long-term stability the exhaust gas heat exchanger to prevent deposits. It is in a preferred embodiment the angle between the web walls and a main direction of rib ribs between about 1 ° and about 45 °. In particularly preferred embodiment is the angle between about 5 ° and about 25 °, being in an alternative preferred embodiment also between about 25 ° and about 45 ° can. The former value range 5 ° to 25 ° is particularly well with usual strong pressure loss sensitive applications, with the second-mentioned Range of values for achieving an optimized power density, in particular in less pressure loss sensitive applications.
Allgemein lässt sich bei der Optimierung einer Einlage mit schräg verzahnten Stegrippen eine Korrelation zwischen dem Winkel der Wandungen und einer Längsteilung der Stegrippe feststellen. Dabei können insbesondere optimale Ausführungen bei kleinen Winkeln größere Teilungen I aufweisen als optimierte Ausführungen mit großen Winkeln. Insbesondere bei kleinen Anstellwinkeln können sich Ausführungen mit moderatem Druckverlust ergeben. Insbesondere bei großen Anstellwinkeln können sich Ausführungen mit optimierter Leistungsdichte ergeben. Insbesondere bei kleinen Anstellwinkeln kann die Längsteilung größer sein, bei großen Anstellwinkeln kann die Längsteilung insbesondere kleiner sein, um optimierte Ausführungen zu erhalten.Generally let yourself in the optimization of an insert with helical ribs a correlation between the angle of the walls and a longitudinal division of the rib. It can especially optimal versions larger pitches at small angles I have as optimized versions with big Angles. Especially with small angles of attack can versions with moderate pressure drop. Especially with large angles of attack can versions with optimized power density. Especially with small ones Angle of attack can be the longitudinal division to be taller, at big Angle of attack can be the longitudinal division especially smaller to get optimized designs.
In bevorzugter Ausführung ist die Vorrichtung als Stapelscheiben-Wärmetauscher ausgebildet. Sowohl hinsichtlich der Breite eines Strömungskanals als auch hinsichtlich der kostengünstigen Fertigung und Kombinierbarkeit eines Wärmetauschersgehäuses mit Stegrippen-Einlagen bietet sich diese Ausführungsform in besonderem Maße an. Alternativ kann die Vorrichtung aber auch als Rohrbündel-Wärmetauscher ausgebildet sein oder als eine andere an sich bekannte Wärmetauscherform.In preferred embodiment is the device as a stacked plate heat exchanger educated. Both in terms of the width of a flow channel as well as in terms of cost-effective production and combinability a heat exchanger housing with Stifflip inserts this embodiment offers itself to a particular extent. Alternatively, you can the device may also be designed as a tube bundle heat exchanger or as another type of heat exchanger known per se.
Allgemein bevorzugt ist die Einlage zur Verhinderung von durch das aggressive Abgas bedingter Korrosion aus einem nichtrostenden Stahl, insbesondere einem austenitischen Stahl, gefertigt.Generally Preferably, the insert for preventing by the aggressive Exhaust-related corrosion of a stainless steel, in particular an austenitic steel.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung können Aluminiumwerkstoffe eingesetzt werden, wobei dann besonders vorteilhaft ein geeigneter Korrosionsschutz vorgesehen werden kann, wie insbesondere eine Legierung und/oder eine Beschichtung.In In another advantageous embodiment, aluminum materials can be used be, in which case particularly advantageous a suitable corrosion protection can be provided, in particular an alloy and / or a coating.
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Einlage aus Aluminium ausgebildet. Die Einlage aus Aluminium hat ein besonders geringes Gewicht. Beson ders vorteilhaft kann die Einlage aus Aluminium mittels einer Legierung oder Beschichtung zum Korrosionsschutz ausgebildet sein.In An advantageous development is the insert made of aluminum educated. The insert made of aluminum has a particularly low Weight. Especially advantageous is the insert made of aluminum by means of an alloy or coating designed for corrosion protection be.
Abhängig von den Strömungsparametern, insbesondere der Reynoldszahl, beträgt die Länge des Einlaufbereichs der Strömungskanäle, insbesondere Rohre und/oder Stapelscheibenpaare, l/s ca. 2,5 bis 5 und die Länge der Stegrippen muss unterhalb dieses Grenzwertes gewählt werden. S bezeichnet die mittlere Durchtrittsbreite zwischen zwei Stegen und beträgt somit b/2-t, wobei t die Blechstärke bezeichnet. Es ergibt sich ein erforderliches Verhältnis l/s < 4, insbesondere l/s < 2. Bei hohem Verblockungsrisiko durch kritische Abgaszusammensetzung ist l/s < 1,5, insbesondere l/s < 1 zu wählen.Depending on the flow parameters, in particular the Reynolds number is the length of the Inlet region of the flow channels, in particular Tubes and / or stacking disc pairs, l / s about 2.5 to 5 and the length of Bar ribs must be selected below this limit value. S denotes the mean passage width between two webs and is thus b / 2-t, where t denotes the sheet thickness. The result is a required ratio l / s <4, in particular l / s <2. For high blocking risk by critical exhaust gas composition is l / s <1.5, in particular l / s <1 to choose.
Durch eine Schrägstellung der Stege tritt auf der Drallseite eine höhere Strömungsgeschwindigkeit an der Wand auf, die der Russablagerung entgegenwirkt. Ein weiterer entscheidender Vorteil schrägverzahnter Stegrippen ist, dass in Fällen, bei denen eine geringe Dichte der Stegrippen in Strömungsquerrichtung zur Verblockungsvermeidung erforderlich ist, insbesondere bei ungünstiger Abgaszusammensetzung, trotz geringer Rippenoberfläche eine ausreichende Kühlerleistung gewährleistet werden kann.By a skew the webs occurs on the spin side, a higher flow velocity at the Wall on which counteracts the soot deposit. Another crucial Advantage helical toothed Stifflip is that in cases, in which a low density of Stippe ribs in the transverse flow direction is required for Verlockungsvermeidung, especially at unfavorable Exhaust gas composition, despite low rib surface sufficient cooler capacity guaranteed can be.
Der erfindungsgemäße Stapelscheiben-Wärmetauscher umfasst ein äußeres Gehäuse mit einem Deckel, wobei ein Eintritt und ein Austritt für das Abgas vorgesehen sind sowie ein Eintritt und ein Austritt für ein flüssiges Kühlmittel. Innerhalb des Gehäuses sind mehrere Scheibenelemente vorgesehen, wobei jedes der Scheibenelemente aus einer oberen Hälfte und einer unteren Hälfte zusammengesetzt ist. Mittels aufgestülpter Kragen sind die Scheibenelemente untereinander und mit dem Gehäuse so verschweißt, dass das Kühlmittel jeweils zwischen den zwei Hälften eines Scheibenelements vom Einlass zum Auslass strömt. Zwischen zwei Scheibenelementen ist jeweils eine in nicht gezeigte Einlage mit Stegrippen angeordnet, wobei der Zwischenraum zwischen zwei Scheibenelementen jeweils einen Strömungskanal für das Abgas bildet. Die Einlagen sind in aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt. Die Einlagen bestehen aus einem rostfreien Stahl. Zur Verbesserung des thermischen Kontakts zwischen den Einlagen und den Scheibenelementen bzw. dem Gehäuse können die Einlagen flächig mit den genannten Elementen verschweißt oder verlötet sein.The stacked-plate heat exchanger according to the invention comprises an outer housing with a cover, wherein an inlet and an outlet are provided for the exhaust gas and an inlet and an outlet for a liquid coolant. Within the housing, a plurality of disc elements are provided, wherein each of the disc elements is composed of an upper half and a lower half. By means of turned-up collars are the Schei benelemente welded together and with the housing so that the coolant flows between each of the two halves of a disc member from the inlet to the outlet. Between two disc elements in each case a not shown inlay with rib ribs is arranged, wherein the intermediate space between two disc elements in each case forms a flow channel for the exhaust gas. The inserts are not shown in for clarity. The inserts are made of stainless steel. To improve the thermal contact between the inserts and the disc elements or the housing, the inserts can be welded or soldered flat with said elements.
Bei einer weiteren Ausführungsform besteht die Turbulenzeinlage aus einem dünnen Blechmaterial, in das mittels formender Maßnahmen parallele Stegrippen eingebracht sind. Jede der Stegrippen umfasst eine Reihe von in Abgasströmungsrichtung nacheinander angeordneten Stegen. Jeweils zwei in Abgasströmungsrichtung hintereinander folgende Stege sind um eine halbe Stegbreite quer zur Abgasströmungsrichtung gegeneinander versetzt angeordnet, so dass sich nach jedem Steg eine Schnittkante mit einem nachfolgenden Steg anschließt. Im vorliegenden Beispiel sind die Wandungen parallel zu der Strömungsrichtung des Abgases ausgerichtet und bilden mit einer Achse B der Stegrippen bzw. der Hauptströmungsrichtung des Abgases A einen Winkel von 0°. Eine solche Stegrippen-Einlage wird als geradeverzahnte Stegrippe bezeichnet.at a further embodiment the turbulence insert consists of a thin sheet metal material in the by means of forming measures parallel rib ribs are introduced. Each of the ribbed ribs includes a series of successively in the exhaust gas flow direction arranged webs. Two each in the exhaust flow direction one behind the other following webs are about half a web width transverse to the exhaust gas flow direction arranged offset from each other, so that after each bridge a cutting edge with a subsequent web connects. In the present For example, the walls are aligned parallel to the flow direction of the exhaust gas and form with an axis B of the rib ribs and the main flow direction of the exhaust gas A an angle of 0 °. Such ribbed insert is called a straight toothed rib designated.
Im ersten Ausführungsbeispiel beträgt die Länge l eines Steges etwa 4 mm. Die Breite b einer einzelnen Stegrippe ist als Breite der Wiederholeinheit der periodischen Struktur quer zur Hauptströmungsrichtung des Abgases definiert. Die Stegrippendichte 2/b beträgt im vorliegenden Beispiel etwa 40 Stegrippen/dm. Die Breite b einer Stegrippe beträgt somit etwa 5 mm.in the first embodiment is the length l of a bridge about 4 mm. The width b of a single rib is transverse as the width of the repeat unit of the periodic structure to the main flow direction defined the exhaust gas. The Stegrippendichte 2 / b is in the present Example, about 40 Stegrippen / dm. The width b of a rib ridge is thus about 5 mm.
Die Höhe h der Stegrippen entspricht dem Abstand zweier benachbarter Scheibenelemente des Wärmetauschers und beträgt vorliegend etwa 5 mm.The Height h the rib rib corresponds to the distance between two adjacent disc elements of the heat exchanger and is in the present case about 5 mm.
Bei einer weitere Ausgestaltung der Stegrippen-Einlage sind hierbei die seitlichen Wandungen der einzelnen Stege nicht parallel zu der Hauptrichtung B der Stegrippen ausgerichtet. Vielmehr schließt jede der Wandungen der Stege mit der Hauptrichtung B der Stegrippen einen Winkel W von etwa 30° ein. Die weiteren Maße der schrägverzahnten Stegrippen-Einlage entsprechen den Maßen der geradeverzahnten Stegrippe.at a further embodiment of the ribbed ribbed insert are here the lateral walls of the individual webs not parallel to the Main direction B of the rib ribs aligned. Rather, each closes the walls of the webs with the main direction B of the rib ribs one Angle W of about 30 °. The further measurements the helical Ribbed inserts correspond to the dimensions of the straight serrated rib.
Geeignete Längsteilung l für entsprechende Winkel der Wandungen W ergeben geeignete Ausführungen bei 10° mit Längsteilungen l < ca. 10 mm, bei 20° mit l < ca. 6 mm, bei 30° mit l < ca. 4 mm und bei 45° mit l < ca. 2 mm.suitable longitudinal division l for corresponding angles the walls W provide suitable designs at 10 ° with longitudinal divisions l <approx. 10 mm, at 20 ° with l <approx. 6 mm, at 30 ° with l <about 4 mm and at 45 ° with l <about 2 mm.
Die minimale Längsteilung l liegt bei allen Winkeln bei ca. 1 mm. Die zulässige Kanalstreckung l/s liegt in etwa innerhalb der gleichen Grenze wie für eine gerade verzahnte Stegrippe, wobei s den Stegabstand quer zur Hauptströmungsrichtung B bezeichnet. In der Regel sind Längsteilungen l < 1 mm aus fertigungstechnischen Gründen schlecht herzustellen.The minimal longitudinal division l is about 1 mm at all angles. The permissible channel extension l / s is approximately within the same limit as for a straight toothed rib, where s denotes the web spacing transversely to the main flow direction B. As a rule, longitudinal divisions l <1 mm from production engineering establish bad to make.
Der zumindest eine Wärmetauscher ist zumindest ein Abgaswärmetauscher und/oder ein Ladeluftkühler und/oder ein Ölkühler und/oder ein Kühlmittelkühler und/oder ein Kältemittelkondensator für eine Klimaanlage und/oder ein Gaskühler für eine Klimaanlage und/oder ein Kältemittelverdampfer für eine Klimaanlage und/oder ein Kühler zur Kühlung von Elektronikbauteilen.Of the at least one heat exchanger is at least one exhaust gas heat exchanger and / or a charge air cooler and / or an oil cooler and / or a coolant cooler and / or a refrigerant condenser for one Air conditioning and / or a gas cooler for one Air conditioning and / or a refrigerant evaporator for one Air conditioning and / or a radiator for cooling of Electronic components.
Bei einer ersten Ausführungsform ist der Ladeluftkühler und/oder Abgaskühler ein direkter Ladeluftkühler und/oder direkter Abgaskühler. Direkt ist dabei so zu verstehen, dass zumindest ein zu kühlendes Medium wie Abgas und/oder Ladeluft direkt durch ein Kühlmedium wie Luft gekühlt wird.at a first embodiment is the intercooler and / or exhaust gas cooler a direct intercooler and / or direct exhaust gas cooler. Direct is to be understood that at least one to be cooled Medium such as exhaust gas and / or charge air directly through a cooling medium cooled as air becomes.
Bei einer zweiten Ausführungsform ist der Ladeluftkühler und/oder Abgaskühler ein indirekter Ladeluftkühler und/oder indirekter Abgaskühler. Indirekt ist dabei so zu verstehen, dass zumindest ein zu kühlendes Medium wie Abgas und/oder Ladeluft durch ein Kühlmittel wie beispielsweise ein wasserhaltiges Fluid und/oder eine Flüssigkeit wie Kühlwasser gekühlt wird, wobei dieses wasserhaltige Fluid und/oder die Flüssigkeit wie Kühlwasser durch ein anderes Kühlmedium wie Umgebungsluft gekühlt wird.at a second embodiment is the intercooler and / or exhaust gas cooler an indirect intercooler and / or indirect exhaust gas cooler. Indirectly, it should be understood that at least one to be cooled Medium such as exhaust gas and / or charge air through a coolant such as a hydrous fluid and / or a liquid such as cooling water chilled is, this water-containing fluid and / or the liquid like cooling water through another cooling medium how ambient air is cooled.
Der zumindest eine Ladeluftkühler wird in einer anderen Ausführungsform direkt und der zumindest eine Abgaskühler wird indirekt gekühlt, oder umgekehrt wird der zumindest eine Ladeluftkühler in einer anderen Ausführungsform indirekt und der zumindest eine Abgaskühler wird direkt gekühlt.Of the at least one intercooler is in another embodiment directly and the at least one exhaust gas cooler is cooled indirectly, or conversely, the at least one intercooler in another embodiment indirectly and the at least one exhaust gas cooler is cooled directly.
Zur Verbesserung des Wärmeüberganges sind in einer weiteren Ausfürhungsform zumindest zwei Kreisläufe, insbesondere zwei, drei, vier oder mehr als vier Kreisläufe, für das erste Medium hintereinander, d.h. insbesondere in Richtung A und/oder in Stapelrichtung, in der die Scheiben gestapelt werden, welche insbesondere einen Winkel von 0° bis 90° mit der Richtung A bildet, angeordnet sind. Beispielsweise werden die zwei, drei, vier oder mehr als vier Kreisläufe im Gegenstrom oder im Gleichstrom oder in einem Winkel von 0° bis 90° zum zweiten Fluid, insbesondere zur Strömungsrichtung des zweiten Fluids durchströmt.to Improvement of heat transfer are in another embodiment at least two circuits, in particular two, three, four or more than four cycles, for the first Medium in a row, i. especially in direction A and / or in Stacking direction in which the discs are stacked, which in particular an angle of 0 ° to 90 ° with the Direction A forms, are arranged. For example, the two, three, four or more than four circuits in countercurrent or cocurrent or at an angle of 0 ° to 90 ° to the second fluid, in particular to the flow direction of the second fluid flows through.
Wenn die zumindest zwei Kreisläufe, insbesondere zwei, drei, vier oder mehr als vier Kreisläufe, für das erste Medium hintereinander, d.h. insbesondere in Richtung A angeordnet sind, ist in Richtung A strömend zunächst zumindest ein Hochtemperaturkreislauf angeordnet, der eine höhere Temperatur als ein zumindest zweiter Niedertemperaturkreislauf aufweist. Insbesondere beträgt die Temperaturdifferenz zwischen Hochtemperatur- und Niedertemperaturkreislauf 10 K bis 100 K, insbesondere 30 K bis 80 K, insbesondere 30 K bis 60 K.If the at least two circuits, in particular two, three, four or more than four cycles, for the first Medium in a row, i. arranged in particular in the direction A. are flowing in the direction of A. first arranged at least one high-temperature circuit, which is a higher temperature as an at least second low-temperature circuit. Especially is the temperature difference between high-temperature and low-temperature circuit 10 K to 100 K, in particular 30 K to 80 K, in particular 30 K to 60 K.
Der Hochtempertaturkreislauf weist insbesondere im Betriebszustand Temperaturen zwischen 70°C bis 100°C, insbesondere zwischen 80°C und 95°C auf. Der Niedertemperatur weist insbesondere im Betriebszustand Temperaturen zwischen 10°C und 70°C, insbesondere zwischen 20°C und 60°C, insbesondere zwischen 30°C und 65°C, insbesondere zwischen 40°C und 50°C auf.Of the Hochtempertaturkreislauf has temperatures especially in the operating state between 70 ° C up to 100 ° C, especially between 80 ° C and 95 ° C on. The low temperature points in particular in the operating state Temperatures between 10 ° C and 70 ° C, in particular between 20 ° C and 60 ° C, in particular between 30 ° C and 65 ° C, especially between 40 ° C and 50 ° C on.
Auf diese Weise wird das rückgeführte Abgas und/oder die Ladeluft oder zumindest ein zu kühlendes Medium zwei-, drei-, vier- oder mehr-stufig gekühlt.On this way, the recirculated exhaust gas and / or the charge air or at least one medium to be cooled two-, three-, cooled four or more stages.
Die zumindest zwei Kreisläufe, insbesondere zwei, drei, vier oder mehr als vier Kreisläufe, für das erste Medium sind als zumindest ein U-Flow-Kreislauf und/oder als zumindest ein I-Flow-Kreislauf ausgebildet. So sind beispielsweise zumindest zwei I-Flow-Kreisläufe oder zumindest zwei U-Flow-Kreisläufe in Reihe, insbesondere nacheinander, angeordnet. In einem anderen Beispiel folgt zumindest ein U-Flow-Kreislauf zumindest einem I-Flow-Kreislauf oder umgekehrt. Insbesondere ist sind bei der Anordnung von zumindest zwei U-Flow-Kreisläufen die Kühlmittelanschlüsse für die zumindest zwei Kreisläufe in einem Beispiel auf einer Seite vom Kühler beispielsweise in Stapelrichtung der Scheiben oben oder unten oder zur Stapelrichtung in einem Winkel zwischen 0° bis 90° angeordnet.The at least two circuits, in particular two, three, four or more than four cycles, for the first Medium are as at least one U-flow circuit and / or as at least formed an I-flow circuit. For example, at least two I-flow circuits or at least two U-flow circuits in series, especially in succession, arranged. In another example At least one U-flow cycle follows at least one I-flow cycle or vice versa. In particular, in the arrangement of at least two U-flow circuits, the coolant connections for the at least two circuits in an example on one side of the radiator, for example in the stacking direction the discs at the top or bottom or to the stacking direction at an angle between 0 ° to 90 °.
Die Hinströmung erfolgt in einem anderen Beispiel im zumindest einen Hochtemperaturkreislauf und die Rückströmung in dem zumindest einen Niderteperturkreislauf oder umgekehrt.The forward flow takes place in another example in at least one high-temperature circuit and the backflow in the at least one Niderteperturkreislauf or vice versa.
Ferner
ist in einer anderen Ausführungsform ein
Kombiventil in den zumindest einen Wärmetauscher, beispielsweise
in den Abgaswärmetauscher und/oder
in den zumindest einen Ladeluftkühler und/oder
in den zumindest einen Ölkühler und/oder in
den zumindest einen Kühlmittelkühler und/oder
in den zumindest einen Kältemittelkondensator
für eine Klimaanlage
und/oder in den zumindest einen Gaskühler für eine Klimaanlage und/oder
in den zumindest einen Kältemittelverdampfer
für eine
Klimaanlage und/oder in den zumindest einen Kühler zur Kühlung von Elektronikbauteilen
integriert, insbesondere in das Gehäuse des Wärmetauschers integriert, und/oder
einteilig mit diesem ausgebildet. Das Kombiventil vereint die Funktion
zumindest eines Abgasrückführventils
zur Steuerung und/oder Regelung des rückgeführten Abgases oder Abgas-Luftgemisches
und/oder die Funktion zumindest eines Bypassventils, insbesondere
einer Bypassklappe, zum Bypassen von rückgeführtem Abgas um den zumindest
einen Wärmetauscher,
insbesondere den Abgaswärmetauscher
und/oder einen der anderen weiter oben genannten Wärmetauscher,
so dass rückgeführtes Medium,
insbesondere Abgas und/oder Luft, nicht in dem zumindest einen Wärmetauscher,
inbesondere Abgaswärmetauscher
und/oder einen der anderen weiter oben genannten Wärmetauschen, gekühlt wird.
Ein derartiges Kombiventil ist in der unveröffentlichten
Die Merkmale der verschiedenen Ausführungsbeispiele sind beliebig miteinander kombinierbar. Die Erfindung ist auch für andere als die gezeigten Gebiete einsetzbar.The Features of the various embodiments can be combined with each other. The invention is also for others can be used as the areas shown.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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R005 | Application deemed withdrawn due to failure to request examination |
Effective date: 20130718 |