DE102009047620B4

DE102009047620B4 - Wärmeübertrager mit Rohrbündel

Info

Publication number: DE102009047620B4
Application number: DE102009047620.2A
Authority: DE
Inventors: Peter Diehl; Guillaume Hebert; Zbynek Stranak; Milan Risian
Original assignee: Hanon Systems Corp
Current assignee: Hanon Systems Corp
Priority date: 2009-12-08
Filing date: 2009-12-08
Publication date: 2018-05-17
Anticipated expiration: 2029-12-09
Also published as: JP2011122818A; DE102009047620C5; DE102009047620A1; JP5395783B2; US20110132586A1

Abstract

Wärmeübertrager (1), insbesondere Abgaswärmeübertrager, mit einem Rohrbündel (15) aus separat ausgebildeten, strömungstechnisch parallelgeschalteten Wärmeübertragerrohren (6), wobei die Wärmeübertragerrohre (6)- in einem separat ausgebildeten geschlossenen Gehäuse angeordnet sind, welches von einem Kühlmittel durchströmt wird, das die Wärmeübertragerrohre (6) außenseitig umströmt, wobei das Gehäuse zumindest einen Gehäusedeckel (4) und ein Mantelteil (5) ausbildet und wobei- das Mantelteil (5) durch den Gehäusedeckel (4) dicht verschlossen wird und- beide Enden (11) der Wärmeübertragerrohre (6) jeweils gas- und flüssigkeitsdicht durch den Gehäusedeckel (4) hindurchgeführt sind, sodass der Einlass (12) und der Auslass (13) der Wärmeübertragerrohre (6) außerhalb des Gehäuses angeordnet sind,- einen U-förmigen Bogenbereich (3) zwischen gestreckten Rohrenden (2) aufweisen,- als Flachrohre mit zwei parallel zueinander, gegenüberliegend angeordneten längeren Seitenflächen sowie mit die zwei längeren Seitenflächen miteinander verbindenden, gegenüberliegend angeordneten kürzeren Seitenflächen ausgebildet sind und- im U-förmigen Bogenbereich (3) über die längeren Seitenflächen hinweg gebogen ausgebildet sind.

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager, insbesondere einen Abgaswärmeübertrager, mit einem Rohrbündel.
Wärmeübertrager der vorstehend beschriebenen Gattung dienen zur Abkühlung von Abgas, insbesondere von Verbrennungsmotoren. In erster Linie erfolgt die Abkühlung zu dem Zweck, abgekühltes Abgas der dem Verbrennungsprozess zugesetzten Frischluft zuzusetzen, um eine Reduktion des Sauerstoffgehaltes zu erreichen. Weiterhin ist die Nutzung der dem Abgas innenwohnenden Wärmeenergie Zweck des Einsatzes des Wärmeübertragers. Weiterhin kommt ein Wärmeübertrager auch an der Saugseite von aufgeladenen Motoren, an Brennstoffzellen sowie in anderen Fällen zur Anwendung. Für den Einsatz in einem Kraftfahrzeug mit Verbrennungsmotor, dem wichtigsten Einsatzgebiet des Wärmeübertragers mit einem Rohrbündel, ist zudem gefordert, das Bauvolumen zu minimieren.
Die WO 00/00 778 A2 beschreibt einen Flachrohrwärmeübertrager, bei dem Flachrohre in unterschiedlicher Ausrichtung in U-Form gebracht und im U-Bereich als Rundrohr ausgebildet sind. Zwischen den U-förmigen Flachrohren sind Lamellen erforderlich, um einen optimalen Wärmeübergang zum umgebenden Medium zu sichern.
Nachteilig bei dieser Lösung ist der notwendige Einsatz von Lamellen, wodurch der Wärmeübertrager technisch aufwändiger wird und mehr Platz benötigt.
Die DE 10 2008 001 660 A1 und die DE 10 2008 002 430 A1 beschreiben einen Leichtbau-Strömungswärmeübertrager, bei dem ein separat ausgebildetes abgasführendes Wärmeübertragerrohr in einem separat ausgebildeten geschlossenen Gehäuse angeordnet ist. Das Gehäuse wird von einem Kühlmittel durchströmt, das das Wärmeübertragerrohr außenseitig umströmt. Beide Enden des Wärmeübertragerrohrs sind gas- und flüssigkeitsdicht durch den Gehäusedeckel, der das Mantelteil dicht verschließt, hindurchgeführt. Dadurch befinden sich Einlass und Auslass des Wärmeübertragerrohrs außerhalb des Gehäuses. Das Wärmeübertragerrohr ist als Rundrohr mit unterschiedlichen, die Oberfläche erweiternden und die Strömung aufbrechenden Ausformungen ausgeführt.
Nachteil dieser Lösungen ist es, dass die Wärmeübertragerfläche klein und die Wärmeübertragerkapazität, bezogen auf das Bauvolumen des Wärmeübertragers, damit geringer ist. Zudem weisen Rundrohre Einschränkungen bei der Wärmeabgabe auf.
Die DE 197 56 961 A1 beschreibt eine Anordnung eines Wärmeübertragers mit Rohren, die unter Ausbildung einer Reihe nebeneinander und wenigstens zwei Reihen hintereinander parallel zueinander angeordnet sind. Die Rohre sind mit Kühlelementen, die als Kühlrippen ausgebildet sind, wärmeübertragend verbunden. Jeweils zwei Rohre bilden die Schenkel einer einteilig hergestellten Rohrgabel und sind durch ein Bogenstück kommunizierend miteinander verbunden. Die Rohre sind als Flachrohre ausgebildet und weisen zwei ebene, parallel zueinander angeordnete längere Seitenflächen sowie zwei diese miteinander verbindende kürzere Seitenflächen auf. Die Kühlrippen erstrecken sich wenigstens jeweils zwischen nebeneinander benachbarten Flachrohren, wobei sie an deren längeren Seitenflächen wärmeübertragend befestigt sind.
Nachteilig ist bei dieser Anordnung der aufwändige Einsatz von Kühlrippen, der zudem für einen Einsatz eines flüssigen Kühlmittels, das die Rohre außen umströmt, ungeeignet ist.
Weitere Nachteile und Mängel beim Stand der Technik sind der hohe Raumbedarf für einen Wärmeübertrager, was insbesondere im Kraftfahrzeug, das nur begrenzten Bauraum für die Komponenten zur Verfügung stellen kann, problematisch ist. Zur Lösung dieses Problems bietet der Stand der Technik den Einsatz von Lamellen, mit deren Hilfe die Wärmeübertragerfläche erhöht werden kann, an. Die Volumenreduktion ist jedoch im Verhältnis zum zusätzlichen Aufwand, der durch die Herstellung der von Lamellen umkleideten Wärmeübertragerrohre entsteht, vergleichsweise gering.
Rohrbündel aus Rohren mit rundem Querschnitt erreichen eine geringere Packungsdichte beziehungsweise es entstehen größere Zwischenräume zwischen den Kreisquerschnitten, als das bei anderen Querschnittsgeometrien, beispielsweise dreieckigen, rechteckigen oder flachen Rohrquerschnitten, der Fall wäre. Weiterhin werden die Zwischenräume zwischen den runden Rohrquerschnitten schlechter durch das sie umströmende Medium erreicht, weil der Eintrittsquerschnitt in den Zwischenraumquerschnitt im Vergleich zu diesem entsprechend eng ist. Bei den anderen vorgenannten Querschnitten ist das Verhältnis zwischen Eintrittsquerschnitt und Zwischenraumquerschnitt ausgewogen.
Die DE 10 2005 054 731 A1 offenbart einen Abgaswärmeübertrager aus Aluminium in U-Form und in Gegenstrombetrieb für Motoren von Kraftfahrzeugen, welcher einen Gehäusemantel aus Druckguss und eine eingesetzte Flanschplatte mit darauf eingepassten und befestigten Flachrohren aus Strangpress-Profil in U-Form aufweist. Die Flachrohre sind wärmedehnungsunempfindlich angeordnet. Der Abgaswärmeübertrager ist mit einer Kühlwasserverwirbelung versehen. An der Flanschplatte, welche die Anschlussfunktion für Abgaseintritt und Abgasaustritt erfüllt, sind in dafür vorgesehenen Aussparungen die Flachrohre an ihrer Abgaseintritts- und Abgasaustrittsseite befestigt.
Aus der DE 000Z0003175M AZ geht ein Wärmeübertrager zur Kühlung von Öl oder anderen Flüssigkeiten mit die Flüssigkeit führenden Rohrschlangen hervor. Die Rohrschlangen sind ineinandergeschoben, verkettet ausgebildet und werden von einem Kühlluftstrom umspült. Die Rohrschlangen, die zudem von einer Ummantelung zur Führung des Kühlluftstromes umgeben sind, weisen gerade Abschnitte und Rohrbögen auf. In den Rohrbögen ist der Querschnitt der Rohrschlangen kreisrund und in den geraden Abschnitten flachrund ausgebildet. Der Querschnitt vom kreisrunden zum flachrunden Rohrquerschnitt beginnt im Auslauf des Rohrbogens zum geraden Rohrabschnitt sich zu verändern und geht ohne Absatz allmählich über.
Die DE 10 2006 051 000 A1 offenbart einen Wärmeübertrager, insbesondere einen Abgaswärmeübertrager, aufweisend ein von einem ersten Medium und einem zweiten Medium durchströmbares Gehäuse und ein Dichtelement. Innerhalb des Gehäuses ist ein von dem zweiten Medium umströmtes Strömungsmittel vorgesehen, durch das eine Wärmeübertragung von dem ersten Medium auf das zweite Medium verbessert ist. Der Wärmeübertrager ist aus geraden Flachrohren ausgebildet, die an ihren Enden jeweils durch Böden gesteckt und mit diesen verbunden angeordnet sind.
Nach dem Stand der Technik wird U-Durchströmung in vielen Fällen durch gerade Rohre und eine Umlenkgeometrie (Hutze) erreicht. Dadurch erfolgt im Umlenkbereich jedoch keine Wärmeübertragung, stattdessen entstehen aber zusätzliche Druckverluste durch je einen zusätzlichen Aus- und Einströmvorgang im Umlenkbereich. Diese Nachteile können zwar auch schon durch den Einsatz in U-Form gebogener Rundrohre überwunden werden. Jedoch bleibt dann der Nachteil einer ungünstigen Wärmeübertragerleistung, bedingt durch das maximierte Querschnittsflächen-Umfangsverhältnis beim Kreisquerschnitt und die daraus resultierende minimale Wärmeübertragerfläche bestehen.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen Wärmeübertrager mit einem Rohrbündel derart weiterzuentwickeln, dass sich der Bauraum des Wärmeübertragers ohne Einbußen bei der Wärmeübertragerkapazität und unter Verzicht auf Lamellen minimieren lässt und zudem die Druckverluste vermindert werden.
Die Aufgabe wird durch einen Wärmeübertrager mit einem Rohrbündel aus separat ausgebildeten, strömungstechnisch parallelgeschalteten Wärmeübertragerrohren gelöst. Die Wärmeübertragerrohre sind in einem separat ausgebildeten geschlossenen Gehäuse angeordnet, welches von einem Kühlmittel durchströmt wird. Das Kühlmittel umströmt die Wärmeübertragerrohre an der Außenseite.
Das Gehäuse bildet zumindest einen Gehäusedeckel und ein Mantelteil aus, wobei das Mantelteil durch den Gehäusedeckel dicht verschlossen wird, und beide Enden der Wärmeübertragerrohre jeweils gas- und flüssigkeitsdicht durch den Gehäusedeckel hindurchgeführt sind. Dadurch sind der Einlass und der Auslass der Wärmeübertragerrohre außerhalb des Gehäuses angeordnet.
Eine erste Lösung besteht zudem darin, dass die Wärmeübertragerrohre einen U-förmigen Bogenbereich und gestreckte Rohrenden aufweisen. Das Rohrbündel besteht zumindest im Bereich der gestreckten Rohrenden aus Flachrohren. Flachrohre weisen zwei ebene, parallel zueinander angeordnete längere Seitenflächen sowie zwei diese miteinander verbindende kürzere Seitenflächen auf, den Querschnitt bildet ein Rechteck mit zwei langen und zwei kurzen jeweils gegenüberliegenden Seiten. Andere Flachrohre weisen in ihrem Querschnitt zwei lange Seiten, die durch halbkreisförmige Elemente verbunden sind, auf.
Der Vorteil dieser Lösung ist insbesondere, dass mit dem Flachrohr ein Rohrquerschnitt zum Einsatz kommt, der eine hohe Wärmeübertragerleistung ermöglicht, weil einer kleinen Querschnittsfläche eine große Oberfläche gegenüber steht.
Weiterhin stehen gemäß der vorliegenden Erfindung die gestreckten Rohrenden der Flachrohre einander mit ihren Breitseiten gegenüber, wobei das gesamte Rohr, einschließlich des Bogenbereichs, als Flachrohr ausgeführt ist, das über die Breitseite hinweg gebogen ist.
Nach einer alternativen Ausgestaltung stehen die gestreckten Rohrenden der Flachrohre einander mit ihren Schmalseiten in dem Wärmeübertrager gegenüber, wobei das gesamte Rohr, einschließlich des Bogenbereichs, als Flachrohr ausgeführt ist, das über die Schmalseite hinweg gebogen ist.
Der Vorteil beim Biegen über die Schmalseite ist technologischer Natur, da das Widerstandsmoment des Querschnitts in dieser Richtung geringer ist und hierbei die U-Form leichter erreicht werden kann.
Wird hingegen über die breite Seite hinweg gebogen, ist das Widerstandsmoment des Querschnitts hoch. Neben dem Biegen über die breite Seite des Querschnitts des Flachrohrs kann die flache Geometrie im Umlenkbereich auch auf alternative Weise erzeugt werden. Vorteilhaft ist jedoch bei dieser Lösung, dass die breite Seite des Flachrohrs in Richtung der Strömung der im Gehäuse des Wärmeübertragers zirkulierenden Kühlflüssigkeit verläuft. Damit wird eine optimale Wärmeübertragung möglich.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform weisen die Rohre des Rohrbündels eine strukturierte Oberfläche auf. Die Struktur besteht in der bevorzugten Ausführungsform aus quadratischen Vertiefungen im Rohrmantel. In alternativen Ausgestaltungen dieses Aspekts der Erfindung besteht die Struktur aus ring- oder schraubenförmigen Nuten, die in die Wandung des Rohrs eingebracht sind.
Eine zweite Lösung besteht zudem darin, dass die Wärmeübertragerrohre wiederum einen U-förmigen Bogenbereich und gestreckte Rohrenden aufweisen, im Bereich der gestreckten Rohrenden zumindest teilweise aus Flachrohren ausgebildet sind und eine aus quadratischen Vertiefungen ausgebildete strukturierte Oberfläche aufweisen.
Die quadratischen Vertiefungen im Rohrmantel sind vorteilhaft jeweils so voneinander beabstandet, dass die Abstände etwa das Doppelte der Seitenlänge der Quadrate betragen.
Die Ausbildung einer Struktur in der Wandung des Rohrs führt zu vorteilhaften Verwirbelungen vor allem der Strömung innerhalb des Rohrs, zum Aufbrechen der laminaren Strömung und der Grenzschicht. Dadurch kommt es zu einem verbesserten Wärmeübergang zwischen dem im Rohr strömenden Medium und der Rohrwand, weshalb die Kapazität des Wärmeübertragers steigt.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist der U-förmige Bogenbereich eine vom flachen Rohrquerschnitt der gestreckten Rohrenden abweichende Querschnittsform, insbesondere eine runde Querschnittsform, auf. Alternativ dazu weist der Rohrquerschnitt in vorteilhaften Ausgestaltungen im U-förmigen Bogenbereich eine rechteckige oder ovale Querschnittsform auf.
Besondere Vorteile bringt der Einsatz eines runden Querschnitts zunächst in technologischer Hinsicht, weil dadurch das Biegen des Flachrohrs entfallen kann, was vor allem dann kompliziert sein kann, wenn es über die breite Seite des Profils erfolgt. Weiterhin sind mit dem Einsatz eines runden Rohrquerschnitts im Bereich des U-Bogens optimale Strömungsverhältnisse realisierbar. Das ist insbesondere dann von Bedeutung, wenn infolge der Ausbildung des Bogens mit einem Flachrohr nicht gesichert werden kann, dass durch das Biegen eine Verengung des Querschnitts erfolgt.
Günstig ist es weiterhin, wenn in dem Rohrbündel mehrere U-förmige Rohre ineinander verschränkt sind. Dabei ist es von Vorteil, wenn jeweils mindestens zwei U-förmige Rohre mit gleichem Radius des U-förmigen Bogens und gleicher Länge der gestreckten Flachrohrenden nebeneinander und jeweils mindestens zwei U-förmige Rohre mit unterschiedlichem Radius untereinander angeordnet sind.
Durch die in vorteilhafter Weise miteinander verschränkten U-förmigen Rohre kommt es auf kleinem Raum zu einer großen, für die Wärmeübertragung aktiven Fläche. Dadurch erreicht der Wärmeübertrager eine hohe Kapazität und benötigt dabei nur einen kleinen Bauraum.
Als ganz besonders günstig hat es sich erwiesen, wenn die übereinander liegenden Bogenbereiche der Wärmeübertragerrohre des Rohrbündels in einer alternierend versetzten Anordnung vorliegen. Durch eine geschickt alternierend versetzte Anordnung lässt sich trotz eines Übergangs auf eine runde Geometrie im Umlenkbereich eine hohe Packungsdichte erzielen.
Der Wärmeübertrager ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform so gestaltet, dass er im Abgasstrang eines Kraftfahrzeugs zum Einsatz kommt. Dazu bildet der Gehäusedeckel eine Schnittstelle für einen Anschluss des Wärmeübertragers an das Abgassystem des Kraftfahrzeugs aus.
Die Vorteile des erfindungsgemäßen Wärmeübertragers kommen in besonderem Maße beim Einsatz in einem Kraftfahrzeug zum Tragen, weil dort der verfügbare Bauraum begrenzt ist. Ein in der Weise optimierter Wärmeübertrager, der eine hohe Wärmeübertragungskapazität bei niedrigen Anforderungen an den Platzbedarf aufweist, ist daher sehr gut geeignet, in einem Kraftfahrzeug zum Einsatz zu kommen.
Durch die Parallelschaltung der Wärmeübertragerrohre kann ein größeres Volumen an Abgas durch den Wärmeübertrager geführt und dem Abgas die Wärme entzogen werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist ein Kühlmitteleinlass und ein Kühlmittelauslass ausgebildet und der Kühlmitteleinlass und/oder der Kühlmittelauslass befinden sich im Gehäusedeckel.
Mit der Integration von Kühlmitteleinlass und Kühlmittelauslass in den Gehäusedeckel sind alle Schnittstellen in einem Bauelement und an einem Ort zusammengefasst. Daraus ergeben sich, insbesondere beim Einsatz in einem Kraftfahrzeug, Verbesserungen und Erleichterungen bei der Endmontage des Fahrzeugs, bei der auch der Wärmeübertrager zu installieren ist. So können beispielsweise alle Schnittstellen auf engem Raum zusammengefasst werden und in einem Montageschritt am Wärmeübertrager angeschlossen werden.
Es hat sich gezeigt, dass der Wärmeübertrager so gestaltet ist, dass er im kühlmittelgekühlten Ladeluftkühler eines Kraftfahrzeugs vorteilhaft zum Einsatz kommt. Dabei wird die heiße komprimierte Frischluft vom Turbolader mit dem Kühlmittel gekühlt.
Ein weiteres vorteilhaftes Einsatzgebiet des Wärmeübertragers ist ein kühlmittelgekühlter Ölkühler eines Kraftfahrzeugs. Er ist besonders geeignet, um heißes Motoröl mit einem Kühlmittel zu kühlen.
Ein besonders positiver Aspekt der Erfindung ist die Möglichkeit, dass das Mantelteil des Gehäuses aus einem Material mit einem Schmelzpunkt von unter 1000 °C besteht. Es zeigte sich überraschend, dass für das Mantelteil auch Materialen verwendet werden können, die nur den Anforderungen genügen müssen, die sich aus der Verwendung des kühlenden Mediums ergeben. Das betrifft in erster Linie Druck, Temperatur sowie chemische Beständigkeit. Letzteres ist insbesondere dann von Bedeutung, wenn Öl als kühlendes Medium zum Einsatz kommt. Damit können selbst im Einsatzfall des Wärmeübertragers als Abgaskühler Materialien mit einem niedrigen Schmelzpunkt, der weit unter 1000 °C liegen kann, wie Kunststoff oder Aluminium, für das Mantelteil zum Einsatz kommen. Diese Materialien würden normalerweise den Abgastemperaturen nicht standhalten. Dieser Vorteil resultiert aus der Verwendung von U-Rohren für die Wärmeübertragung und der Tatsache, dass es sich um eine geschlossene U-gebogene Form handelt. Daraus erwächst weiterhin die günstige Möglichkeit einer sehr freien Auswahl der Materialien für das Kühlergehäuse, sodass insbesondere auch leichte und kostengünstige Materialien verwendet werden können, die sich letztlich auf den Preis und das Gewicht des fertigen Produkts entscheidend auswirken.
Die Vorteile der Erfindung liegen insgesamt in einer erhöhten Wärmeübertragerleistung auf kleinem Bauraum, einem erhöhten Freiheitsgrad bei der Anordnung der U-gebogenen Wärmeübertragerrohre, womit eine höhere Packungsdichte möglich wird. Die erfindungsgemäßen Wärmeübertrager sind kleiner und leichter in der Ausführung. Bedingt durch den höheren Wärmeübertragerwirkungsgrad wird Material gegenüber Wärmeübertragern nach dem Stand der Technik mit gleicher Leistung eingespart.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen. Es zeigen:

1a: Wärmeübertrager mit Rohrbündel aus Flachrohr in Draufsicht,
1b: Wärmeübertrager mit Rohrbündel aus Flachrohr in Vorderansicht,
1c: Wärmeübertrager mit Rohrbündel aus Flachrohr in Seitenansicht,
2: Wärmeübertrager mit Rohrbündel aus Flachrohr in Explosivdarstellung,
3a: Wärmeübertrager mit Rohrbündel aus quer gebogenem Flachrohr in Draufsicht,
3b: Wärmeübertrager mit Rohrbündel aus quer gebogenem Flachrohr in Vorderansicht,
3c: Wärmeübertrager mit Rohrbündel aus quer gebogenem Flachrohr in Seitenansicht,
4: Wärmeübertrager mit Rohrbündel aus quer gebogenem Flachrohr in Explosivdarstellung,
5a: Wärmeübertrager mit Rohrbündel aus Flachrohr und Rundrohr in Draufsicht,
5b: Wärmeübertrager mit Rohrbündel aus Flachrohr und Rundrohr in Vorderansicht,
5c: Wärmeübertrager mit Rohrbündel aus Flachrohr und Rundrohr in Seitenansicht,
6a: Gehäuse und Dichtung des Wärmeübertragers mit Rohrbündel aus Flachrohr und Rundrohr in perspektivischer Darstellung,
6b: Rohrbündel und Gehäusedeckel des Wärmeübertragers aus Flachrohr und Rundrohr in perspektivischer Darstellung,
6c: Rohrbündel und Gehäusedeckel des Wärmeübertragers mit Flachrohr und Rundrohr in Seitenansicht,
7a: Wärmeübertrager mit Rohrbündel aus quer angeordnetem Flachrohr und Rundrohr in Vorderansicht,
7b: Wärmeübertrager mit Rohrbündel aus quer angeordnetem Flachrohr und Rundrohr in Draufsicht,
7c: Wärmeübertrager mit Rohrbündel aus quer angeordnetem Flachrohr und Rundrohr in Seitenansicht,
8a: Wärmeübertrager mit Rohrbündel aus quer angeordnetem Flachrohr und Rundrohr - Rohrbündel und Gehäusedeckel - in perspektivischer Darstellung,
8b: Wärmeübertrager mit Rohrbündel aus quer angeordnetem Flachrohr und Rundrohr - Mantelteil mit Dichtung - in perspektivischer Darstellung,
8c: Wärmeübertrager mit Rohrbündel aus quer angeordnetem Flachrohr und Rundrohr - Rohrbündel und Gehäusedeckel - in Seitenansicht,
9a: Wärmeübertrager mit versetzt angeordnetem Rohrbündel aus Flachrohr und Rundrohr - in Draufsicht,
9b: Wärmeübertrager mit versetzt angeordnetem Rohrbündel aus Flachrohr und Rundrohr - in Vorderansicht,
9c: Wärmeübertrager mit versetzt angeordnetem Rohrbündel aus Flachrohr und Rundrohr - in Seitenansicht,
10a: Wärmeübertrager mit versetzt angeordnetem Rohrbündel aus quer angeordnetem Flachrohr und Rundrohr in Draufsicht,
10b: Wärmeübertrager mit versetzt angeordnetem Rohrbündel aus quer angeordnetem Flachrohr und Rundrohr in Vorderansicht,
10c: Wärmeübertrager mit versetzt angeordnetem Rohrbündel aus quer angeordnetem Flachrohr und Rundrohr in Seitenansicht,
11a: Wärmeübertrager mit versetzt angeordnetem Rohrbündel aus quer angeordnetem Flachrohr und Rundrohr in perspektivischer Darstellung,
11b: Gehäuse eines Wärmeübertragers in perspektivischer Darstellung,
12a: Wärmeübertrager mit versetzt angeordnetem Rohrbündel aus Flachrohr und Rundrohr in perspektivischer Darstellung,
12b: Gehäuse eines Wärmeübertragers in perspektivischer Darstellung,
13a: Wärmeübertrager mit versetzt angeordnetem Rohrbündel aus quer angeordnetem Flachrohr und Rundrohr in perspektivischer Darstellung und
13b: Gehäuse eines Wärmeübertragers in perspektivischer Darstellung.

1a zeigt einen Wärmeübertrager 1 mit Rohrbündel 15 aus Flachrohr in Draufsicht, in der die Schmalseiten der Flachrohre, aus denen das Wärmeübertragerrohr 6 besteht, zu erkennen sind. Sowohl die gestreckten Rohrenden 2 als auch der Bogenbereich 3 bestehen aus Flachrohr, welches im Bogenbereich 3 über seine Schmalseite hinweg gebogen wurde. Mit Pfeilen gekennzeichnet ist die Strömungsrichtung des einströmenden Gases, wobei der Einlass 12 und der Auslass 13 separat gekennzeichnet sind. Einlass 12 und Auslass 13 sind durch den Gehäusedeckel 4 hindurchgeführt.
Mehrere Wärmeübertragerrohre 6, durch Bogenbereiche 3 von unterschiedlichem Radius ineinander passend ausgestaltet, bilden zusammen das Rohrbündel 15.
1b zeigt einen Wärmeübertrager 1 mit Rohrbündel 15 aus Flachrohr in Vorderansicht und lässt die Anordnung der Enden 11 der Wärmeübertragerrohre 6 auf dem Gehäusedeckel 4 erkennen. Das Rohrbündel 15 ist demnach in der Weise aufgebaut, dass jeweils drei ineinander passende Wärmeübertragerrohre 6 mit unterschiedlichem Radius im Bogenbereich 3 ineinander angeordnet sind und jeweils drei dieser Gruppen nebeneinander angeordnet sind, sodass jeweils neun Einlässe 12 und Auslässe 13 den Gehäusedeckel 4 durchdringen.
1c zeigt einen Wärmeübertrager 1 mit Rohrbündel 15 aus Flachrohr in Seitenansicht, wobei die breite Seite der als Flachrohr ausgeführten Wärmeübertragerrohre 6 zu erkennen ist. Die gestreckten Rohrenden 2 gehen an einem Ende in den Bogenbereich 3 über und bilden am anderen Ende die Enden 11 des Wärmeübertragerrohrs 6.
2 zeigt einen Wärmeübertrager 1 mit Rohrbündel 15 aus Flachrohr in Explosivdarstellung, wobei im oberen Bereich der Figur das Mantelteil 5 mit der Dichtung 14 versehen ist, die bei geschlossenem Gehäuse für einen dichten Abschluss des mit Kühlmittel beaufschlagten Innenraumes gegenüber der Umwelt sorgt. Im unteren Bereich ist das mit dem Gehäusedeckel 4 verbundene Rohrbündel 15 dargestellt. Dabei sind die U-förmig über die Schmalseite hinweg gebogenen, als Flachrohre ausgeführten Wärmeübertragerrohre 6 zu erkennen, die bedingt durch unterschiedliche Radien im Bogenbereich 3 in dichter Packung ineinander und nebeneinander angeordnet das Rohrbündel 15 bilden.
Die Enden 11 des Wärmeübertragerrohrs 6 durchstoßen den Gehäusedeckel 4 und sind in diesem fixiert. Nach dem Durchtritt durch den Gehäusedeckel 4 bilden die Wärmeübertragerrohre 6 beziehungsweise deren Enden 11 die Schnittstelle 7, die zum Anschluss des Wärmeübertragers 1 an das Abgassystem eines Kraftfahrzeugs dient. Im Einzelnen erfolgt dann der Eintritt des Abgases in den Einlass 12 und nach erfolgter Wärmeübertragung tritt das ausgekühlte Abgas aus dem Auslass 13 aus dem Wärmeübertrager 1 wieder heraus.
Die Wärmeenergie des Abgases, das mit hoher Temperatur aus dem Verbrennungsraum des Motors austritt, wird an ein Kühlmittel abgegeben. Dieses Kühlmittel strömt in den Wärmeübertrager 1, insbesondere den Mantelteil 5 des Gehäuses. Dazu tritt das Kühlmittel durch die Öffnungen im Gehäusedeckel 4, den Kühlmitteleinlass 9 und den Kühlmittelauslass 10, ein und aus.
Zur Vermeidung von Kurzschlussströmungen innerhalb des Gehäuses ist auf dem Gehäusedeckel 4 eine Trennwand befestigt, die in den U-förmigen Bogen des Wärmeübertragerrohrs 6 mit dem kleinsten Radius hineinragt. Dadurch wird die Strömung des Kühlmittels gezwungen, weitestgehend entlang der Wärmeübertragerrohre 6 zu strömen, anstelle auf dem kürzestem Weg nahe am Gehäusedeckel 4 entlang vom Kühlmitteleinlass 9 zum Kühlmittelauslass 10 zu strömen.
Im bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das Mantelteil 5 des Gehäuses aus einem Material mit einem niedrigen Schmelzpunkt, speziell einem Kunststoff gefertigt. Es kann aber auch aus anderen Materialien mit einem niedrigen Schmelzpunkt bestehen, wie zum Beispiel aus Aluminium. Das eingesetze Material muss nur den Anforderungen genügen, die sich aus der Verwendung des kühlenden Mediums ergeben. Das betrifft in erster Linie Druck, Temperatur sowie chemische Beständigkeit. Letzteres ist insbesondere dann von Bedeutung, wenn Öl als kühlendes Medium zum Einsatz kommt. Auch Kühlwasser mit Zusätzen kann besondere Anforderungen an die chemische Beständigkeit stellen. Damit können selbst im beispielhaft vorliegenden Einsatzfall des Wärmeübertragers als Abgaskühler Materialien mit einem niedrigen Schmelzpunkt, der weit unter 1000 °C liegen kann, wie Kunststoff oder Aluminium, für das Mantelteil 5 zum Einsatz kommen. Diese Materialien würden normalerweise den Abgastemperaturen nicht standhalten. Damit entsteht die günstige Möglichkeit einer sehr freien Auswahl der Materialien für das Kühlergehäuse, speziell das Mantelteil 5, sodass insbesondere auch leichte und kostengünstige Materialien verwendet werden können, die sich letztlich auf den Preis und das Gewicht des fertigen Produkts entscheidend auswirken.
3a zeigt einen Wärmeübertrager 1 mit Rohrbündel 15 aus quer gebogenem Flachrohr in Draufsicht, wobei im Unterschied zu 1a die Sicht auf die breite Seite des Flachrohres fällt. Auch hierbei besteht das gesamte Wärmeübertragerrohr 6 vollständig aus einem Flachrohr. Dieses ist in der dargestellten Ausgestaltung über seine breite Seite hinweg in eine U-Form gebracht worden.
3b zeigt einen Wärmeübertrager 1 mit Rohrbündel 15 aus quer gebogenem Flachrohr in Vorderansicht, wobei ebenso wie in der Darstellung in 1b der Gehäusedeckel 4 mit den Rohrdurchführungen in gleichmäßiger Anordnung dargestellt ist. Bedingt durch die Orientierung des Querschnitts der Flachrohre sind nur zwei U-förmige Bögen des Wärmeübertragerrohrs 6 ineinander angeordnet, jeweils fünf dieser Paare jedoch übereinander gestaffelt. Dadurch ergeben sich jeweils 10 Einlässe 12 und 10 Auslässe 13, durch die das Abgas in den Wärmeübertrager 1 ein- beziehungsweise austritt. Das Biegen des Flachrohres über die breite Seite hinweg ist technologisch anspruchsvoll und stellt eine besondere technische Lösung dar.
3c zeigt einen Wärmeübertrager 1 mit Rohrbündel 15 aus quer gebogenem Flachrohr in Seitenansicht, wobei der Blick auf die schmale Seite der als Flachrohre ausgeführten Wärmeübertragerrohre 6 fällt. Das gestreckte Rohrende 2 geht in den Bogenbereich 3 über.
4 zeigt einen Wärmeübertrager 1 mit Rohrbündel 15 aus quer gebogenem Flachrohr, das als Wärmeübertragerrohr 6 zum Einsatz kommt, in Explosivdarstellung. Dabei zeigt der obere Teil der Figur den Mantelteil 5 des Gehäuses sowie die zugehörige Dichtung 14.
Der untere Teil zeigt das mit dem Gehäusedeckel 4 verbundene Rohrbündel 15, das aus Wärmeübertragerrohren 6 besteht. Diese sind in der Weise angeordnet, dass der U-förmige Bogen über die breite Seite des Flachrohres verläuft. Die Wärmeübertragerrohre 6 bestehen vollständig, sowohl das gestreckte Rohrende 2 als auch der Bogenbereich 3, aus Flachrohr.
Während das Rohrbündel 15 von der Oberseite des Gehäusedeckels 4 wegragt, befindet sich auf der Unterseite die Schnittstelle 7.
5a zeigt einen Wärmeübertrager 1 mit Rohrbündel 15 aus Flachrohr und Rundrohr in Draufsicht, wobei im Unterschied zu den vorangegangenen Darstellungen, insbesondere der 1a mit der gleichen Sicht auf die schmalen Seiten der Flachrohre, die Wärmeübertragerrohre 6 nicht ausschließlich aus Flachrohr bestehen. Die gestreckten Rohrenden 2, die aus Flachrohr bestehen, gehen im Bogenbereich 3 in Rohre mit rundem Querschnitt über. Der gesamte Bogenbereich 3 wird durch Rohre mit rundem Querschnitt gebildet.
Durch die Veränderung des Querschnitts ändern sich im Bogenbereich 3 beziehungsweise im Übergang zwischen dem gestreckten Rohrende 2 und dem Bogenbereich 3 die Strömungsverhältnisse. Es kommt zu Verwirbelungen mit dem Eintritt in den Bogenbereich 3 mit rundem Querschnitt. Auch der Strömungswiderstand, der im Bogenbereich 3 höher ist als in einem geraden Rohr, sinkt durch die Querschnittserweiterung ab.
5b zeigt einen Wärmeübertrager 1 mit nicht dargestelltem Rohrbündel 15 aus Flachrohr und Rundrohr in Vorderansicht, wobei hinsichtlich der Anordnung der Rohrdurchführungen durch den Gehäusedeckel 4 keine Unterschiede zur Darstellung in 1b bestehen.
5c zeigt das Rohrbündel 15 eines Wärmeübertragers 1 aus Flachrohr und Rundrohr in Seitenansicht, wobei die breiten Seiten der gestreckten Rohrenden 2 sichtbar sind. Weiterhin ist ein Übergangsbereich 16, der in der Seitenansicht trapezförmig erscheint, zu erkennen. Dieser Übergangsbereich dient der Anpassung des rechteckigen Querschnitts des Flachrohres an den runden Querschnitt des Rohrabschnittes, der den Bogenbereich 3 bildet.
6a zeigt Gehäuse 5 und Dichtung 14 des Wärmeübertragers 1 mit Rohrbündel 15 aus Flachrohr und Rundrohr in perspektivischer Darstellung. Es sind das Mantelteil 5 und die Dichtung 14 erkennbar.
6b zeigt Rohrbündel 15 und Gehäusedeckel 4 des Wärmeübertragers 1 aus Flachrohr und Rundrohr in perspektivischer Darstellung. Der Gehäusedeckel 4 nimmt die gestreckten Rohrenden 2 auf, die auf der Unterseite des Gehäusedeckels 4 die Schnittstelle 7 bilden. Neben den gestreckten Rohrenden 2 werden die Wärmeübertragerrohre 6 vom Bogenbereich 3 gebildet. Dieser besteht im Unterschied zum in Flachrohr ausgeführten gestreckten Rohrende 2 aus Rohr mit rundem Querschnitt.
6c zeigt Rohrbündel 15 und Gehäusedeckel 4 des Wärmeübertragers 1 mit Flachrohr und Rundrohr in Seitenansicht, wobei zumindest die breite Seite der äußeren, durch Flachrohr gebildeten Wärmeübertragerrohre 6 zu erkennen ist Flachrohre kommen jedoch nur im Bereich des gestreckten Rohrendes 2 zum Einsatz, während der Bogenbereich 3 durch Rohre mit rundem Querschnitt gebildet wird. Diese Eigenschaft der bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung zeigt sich in der Seitenansicht durch eine im Bogenbereich 3 verminderte Breite des Wärmeübertragerrohres 6.
7a zeigt einen Wärmeübertrager 1 mit Rohrbündel 15 aus quer angeordnetem Flachrohr und Rundrohr in Vorderansicht. Die Flachrohre eines kommunizierenden Rohrbogens des Wärmeübertragers 1 sind mit den kürzeren Seiten zueinander ausgerichtet. Die Kommunikation der beiden gestreckten Rohrenden 2 an deren oberen Enden erfolgt über den Bogenbereich 3, der im dargestellten Ausführungsbeispiel als Rundrohr ausgeführt ist. Ein Übergangsbereich 16 sorgt für die Querschnittsanpassung zwischen Flachrohr und Rundrohr. Die fluiddichte Durchführung 17 dichtet im Bereich der Rohrdurchführungen den Innenraum des Wärmeübertragers 1 gegen die Umgebung ab.
7b zeigt einen Wärmeübertrager 1 mit Rohrbündel 15 aus quer angeordnetem Flachrohr und Rundrohr in Draufsicht, wobei die Anordnung der Durchführungen der Rohrenden 2 durch den Gehäusedeckel 4 erkennen lässt, dass jeweils fünf innere und fünf äußere in Bogenform ausgeführte, in der Figur nicht dargestellte Wärmeübertragerrohre 6 auf dem Gehäusedeckel 4 angeordnet sind.
7c zeigt einen Wärmeübertrager 1 mit Rohrbündel 15 aus quer angeordnetem Flachrohr und Rundrohr in Seitenansicht, die die flache Seite der Flachrohre, aus denen das gestreckte Rohrende 2 besteht, erkennen lässt. Über den Übergangsbereich 16 geht das Flachrohr in das im dargestellten Ausführungsbeispiel den Bogenbereich 3 bildende Rundrohr über.
Als besonders vorteilhaft zeigt sich bei dieser Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung, dass die übereinanderliegenden Wärmeübertragerrohre 6 in einer geschickt alternierend versetzten Anordnung vorliegen. Dadurch lässt sich trotz eines Übergangs auf eine runde Geometrie im Bogenbereich 3, dem Umlenkbereich, eine hohe Packungsdichte erzielen.
8a zeigt einen Wärmeübertrager 1 mit Rohrbündel 15 aus quer angeordnetem Flachrohr und Rundrohr in perspektivischer Darstellung, wobei im Detail Rohrbündel 15 und Gehäusedeckel 4 zu erkennen sind. Kühlmitteleinlass 9 und Kühlmittelauslass 10 sind in den Gehäusedeckel 4 eingebracht. Zur Vermeidung von Kurzschlussströmungen zwischen Kühlmitteleinlass 9 und Kühlmittelauslass 10 ist die Trennwand 8 in den möglichen Kurzschlussströmungspfad eingebracht und erstreckt sich zwischen dem Gehäusedeckel 4 und dem Bogenbereich 3.
8b zeigt einen Wärmeübertrager 1 mit Rohrbündel 15 aus quer angeordnetem Flachrohr und Rundrohr in perspektivischer Darstellung, wobei hier das Mantelteil 5 mit der Dichtung 14 gezeigt sind.
8c zeigt einen Wärmeübertrager 1 mit Rohrbündel 15 aus quer angeordnetem Flachrohr und Rundrohr, wiederum mit der Darstellung von Rohrbündel 15, Trennwand 8 und Gehäusedeckel 4, hier jedoch in Seitenansicht. Dabei wird sichtbar, wie das aus dieser Ansicht als schmal zu erkennende Flachrohr im Bereich des gestreckten Rohrendes 2 in das breitere Rundrohr des Bogenbereichs 3, in der Figur auf der rechten Seite angeordnet, übergeht.
Als besonders günstig erweist sich bei dieser Alternative der erfindungsgemäßen Lösung, dass die übereinanderliegenden Wärmeübertragerrohre 6 in einer geschickt alternierend versetzten Anordnung vorliegen. Dadurch lässt sich trotz eines Übergangs auf eine runde Geometrie im Bogen- bzw. Umlenkbereich eine hohe Packungsdichte erzielen.
9a zeigt einen Wärmeübertrager 1 mit versetzt angeordnetem Rohrbündel 15 aus Flachrohr und Rundrohr in Draufsicht. Dabei sind die gestreckten Rohrenden 2, die über den Übergangsbereich 16 in den Bogenbereich 3 übergehen, dargestellt. Der Bogenbereich 3 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel in Rundrohr ausgeführt, was in der Figur durch den im Bogenbereich 3 erweiterten Querschnitt sichtbar wird.
Die Wärmeübertragerrohre 6, als Flachrohre ausgeführt, sind in der dargestellten bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung derart angeordnet, dass sich die breiten Seiten der Flachrohre gegenüber stehen. Drei Gruppen von bogenförmigen Wärmeübertragerrohren 6 jeweils unterschiedlicher Höhe sind untereinander beziehungsweise ineinander angeordnet.
Die Strömungsrichtung des Fluids in den Rohren, in der bevorzugten Ausgestaltung handelt es sich dabei um das Abgas eines Verbrennungsmotors, ist durch Pfeile gekennzeichnet.
9b zeigt den Gehäusedeckel 4 eines Wärmeübertragers 1 in Vorderansicht. Die Durchführungen der gestreckten Rohrenden 2, die in fluiddichter Abdichtung durch den Gehäusedeckel 4 hindurch ausgeführt ist, sind versetzt angeordnet.
Drei Gruppen von in der Figur nicht dargestellten bogenförmigen Wärmeübertragerrohren 6, jeweils unterschiedlicher Höhe, sind gegeneinander quer zur Strömungsrichtung leicht versetzt, wobei der Versatz in einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel die Hälfte der Länge der langen Seite des Querschnitts des Flachrohrs beträgt.
Die Gruppen von bogenförmigen Wärmeübertragerrohren 6, die zusammen das hier ebenfalls nicht dargestellte Rohrbündel 15 bilden, bestehen aus Flachrohr und Rundrohr, wobei das Flachrohr im Bereich des gestreckten Rohrendes 2 und das Rundrohr im Bogenbereich 3 zum Einsatz kommt.
9c zeigt versetzt ausgebildete Rohrbündel 15 eines Wärmeübertragers 1 in Seitenansicht, wobei die Rohrbündel 15 aus Flachrohr und Rundrohr bestehen. Dabei ist die breite Seite der Flachrohre zu erkennen, die den Bereich des gestreckten Rohrendes 2 ausbilden. Nach einem Übergangsbereich 16 geht das Wärmeübertragerrohr 6 in den als Rundrohr ausgeführten Bogenbereich 3 über.
10a zeigt einen Wärmeübertrager 1 mit versetzt angeordnetem Rohrbündel aus quer angeordnetem Flachrohr und Rundrohr in Draufsicht. Die Wärmeübertragerrohre 6, als Flachrohre ausgeführt, sind in der dargestellten bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung derart angeordnet, dass sich die schmalen Seiten der Flachrohre gegenüber stehen. Drei Gruppen von bogenförmigen Wärmeübertragerrohren 6 jeweils unterschiedlicher Höhe sind untereinander beziehungsweise ineinander angeordnet.
Es ist besonders günstig, dass die übereinanderliegenden Wärmeübertragerrohre 6 in einer geschickt alternierend versetzten Anordnung vorliegen. Dadurch lässt sich trotz eines Übergangs auf eine runde Geometrie im Bogen- bzw. Umlenkbereich eine hohe Packungsdichte erzielen.
10b zeigt einen Wärmeübertrager 1 mit versetzt angeordnetem Rohrbündel 15 aus quer angeordnetem Flachrohr und Rundrohr in Vorderansicht. Die Durchführungen der gestreckten Rohrenden 2 zeichnen sich auf dem Gehäusedeckel 4 ab. Von den drei Gruppen der gestreckten Rohrenden 2, die jeweils einen Einlass 12 und einen Auslass 13 umfassen und jeweils aus hier nicht dargestellten Wärmeübertragerrohren 6 mit unterschiedlicher Bogenhöhe gehören, sind auf dem Gehäusedeckel 4 jeweils die Durchführungen von Einlass 12 und Auslass 13 markiert. Somit ist der Figur zu entnehmen, dass die hier dargestellte bevorzugte Ausführungsform jeweils fünf einzelne Wärmeübertragerrohre 6 in jeder Gruppe umfasst.
10c zeigt das Rohrbündel 15 eines Wärmeübertragers 1 mit versetzt angeordnetem Rohrbündel 15 aus quer angeordnetem Flachrohr und Rundrohr in Seitenansicht. Diese Ansicht lässt die schmalen Seiten der Flachrohre, die die gestreckten Rohrenden 2 ausbilden, erkennen. Auf der rechten Seite der Figur ist der Übergangsbereich 16 und weiter der Querschnitt des Rundrohrs, das den Bogenbereich 3 ausbildet, dargestellt.
11a zeigt einen Wärmeübertrager 1 mit versetzt angeordnetem Rohrbündel 15 aus quer angeordnetem Flachrohr und Rundrohr in perspektivischer Darstellung, wobei das Rohrbündel 15 aus einer Vielzahl von Wärmeübertragerrohren 6, in der dargestellten besonders bevorzugten Ausführungsform 11 Stück, in dichter Packung besteht. Die Flachrohre stehen sich mit ihrer Schmalseite gegenüber. Die Wärmeübertragerrohre 6 sind im Gehäusedeckel 4 verankert, der auf seiner Rückseite die Schnittstelle 7 ausbildet.
11b zeigt den Wärmeübertrager 1 mit versetzt angeordnetem Rohrbündel 15 aus quer angeordnetem Flachrohr und Rundrohr in Explosivdarstellung, wobei das Mantelteil 5 und die Dichtung 14 dargestellt sind, nicht jedoch das Rohrbündel 15 aus quer angeordnetem Flachrohr und Rundrohr.
12a zeigt einen Wärmeübertrager 1 mit versetzt angeordnetem Rohrbündel 15 aus Flachrohr und Rundrohr in perspektivischer Darstellung, wobei das Rohrbündel 15 aus einer Vielzahl von Wärmeübertragerrohren 6, in der dargestellten besonders bevorzugten Ausführungsform 11, in dichter Packung besteht. Die Flachrohre stehen sich mit Ihrer Breitseite gegenüber. Die Wärmeübertragerrohre 6 sind im Gehäusedeckel 4 verankert, der auf seiner Rückseite die Schnittstelle 7 ausbildet. Vom Gehäusedeckel 4 ragt senkrecht die Zwischenwand 8 weg, die Kurzschlussströme der frei innerhalb des Wärmeübertragers 1 zirkulierenden Kühlflüssigkeit verhindert.
12b zeigt den Wärmeübertrager 1 mit versetzt angeordnetem Rohrbündel 15 aus Flachrohr und Rundrohr in Explosivdarstellung, wobei das Mantelteil 5 und die Dichtung 14 dargestellt sind, nicht jedoch das Rohrbündel 15 aus Flachrohr und Rundrohr.
Die Oberfläche der in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen verwendeten Wärmeübertragerrohre 6 weist in ihrem Mantel eine spiralartig eingeprägte Rille auf. Alternativ zu dieser Ausführung kann auch ein glattes Wärmeübertragerrohr 6 ohne Prägung eingesetzt werden.
13a zeigt den Wärmeübertrager 1 mit versetzt angeordnetem Rohrbündel 15 aus quer angeordnetem Flachrohr und Rundrohr in perspektivischer Darstellung. Im Unterschied zur in 12a dargestellten bevorzugten Ausführungsform mit glatter oder spiralartig gerillter Rohrwandung des Wärmeübertragerrohres 6 ist die Rohrwandung in der hier dargestellten alternativen Ausführungsform stärker strukturiert. Die Struktur ist sowohl auf den Bereich der gestreckten Rohrenden 2 als auch auf den Bogenbereich 3 appliziert. In der gezeigten Ausführungsform findet eine Struktur von quadratischen Vertiefungen Anwendung. Diese sind auf der breiten Seite des Flachrohrs angebracht, sind mosaikartig versetzt angeordnet und ragen in den Strömungsquerschnitt des Flachrohrs hinein. Dadurch verhindern sie die Ausbildung einer laminaren Strömung und verwirbeln das in den Wärmeübertragerrohren 6 strömende Abgas, das in der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in diesen strömt. Durch die Verwirbelung wird auch eine sich ausbildende Grenzschicht aufgebrochen, wodurch sich die Wärmeübertragung verbessert. Zudem bringt die Strukturierung eine Vergrößerung der Wämeübertragerfläche mit sich, was zusätzlich für eine verbesserte Wärmeübertragerkapazität sorgt.
Neben der im Ausführungsbeispiel bevorzugten mosaikartigen Strukturierung sind alternativ ring- oder schraubenförmige Strukturierungen und eine glatte Oberfläche der Wandung des Wärmeübertragerrohrs 6 erfindungsgemäß vorgesehen.
13b zeigt den Wärmeübertrager 1 mit versetzt angeordnetem Rohrbündel 15 aus Flachrohr und Rundrohr in Explosivdarstellung, wobei das Mantelteil 5 und die Dichtung 14 dargestellt sind, nicht jedoch das Rohrbündel 15 aus Flachrohr und Rundrohr.
Bezugszeichenliste

1: Wärmeübertrager
2: gestrecktes Rohrende
3: Bogenbereich
4: Gehäusedeckel
5: Mantelteil (Gehäuse)
6: Wärmeübertragerrohr
7: Schnittstelle
8: Trennwand
9: Kühlmitteleinlass
10: Kühlmittelauslass
11: Enden des Wärmeübertragerrohrs
12: Einlass Wärmeübertragerrohr
13: Auslass Wärmeübertragerrohr
14: Dichtung
15: Rohrbündel
16: Übergangsbereich
17: Durchführung

Claims

Wärmeübertrager (1), insbesondere Abgaswärmeübertrager, mit einem Rohrbündel (15) aus separat ausgebildeten, strömungstechnisch parallelgeschalteten Wärmeübertragerrohren (6), wobei die Wärmeübertragerrohre (6) - in einem separat ausgebildeten geschlossenen Gehäuse angeordnet sind, welches von einem Kühlmittel durchströmt wird, das die Wärmeübertragerrohre (6) außenseitig umströmt, wobei das Gehäuse zumindest einen Gehäusedeckel (4) und ein Mantelteil (5) ausbildet und wobei - das Mantelteil (5) durch den Gehäusedeckel (4) dicht verschlossen wird und - beide Enden (11) der Wärmeübertragerrohre (6) jeweils gas- und flüssigkeitsdicht durch den Gehäusedeckel (4) hindurchgeführt sind, sodass der Einlass (12) und der Auslass (13) der Wärmeübertragerrohre (6) außerhalb des Gehäuses angeordnet sind, - einen U-förmigen Bogenbereich (3) zwischen gestreckten Rohrenden (2) aufweisen, - als Flachrohre mit zwei parallel zueinander, gegenüberliegend angeordneten längeren Seitenflächen sowie mit die zwei längeren Seitenflächen miteinander verbindenden, gegenüberliegend angeordneten kürzeren Seitenflächen ausgebildet sind und - im U-förmigen Bogenbereich (3) über die längeren Seitenflächen hinweg gebogen ausgebildet sind.
Wärmeübertrager (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeübertragerrohre (6) eine strukturierte Oberfläche aufweisen.
Wärmeübertrager (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die strukturierte Oberfläche aus quadratischen Vertiefungen ausgebildet ist.
Wärmeübertrager (1), insbesondere Abgaswärmeübertrager, mit einem Rohrbündel (15) aus separat ausgebildeten, strömungstechnisch parallelgeschalteten Wärmeübertragerrohren (6), wobei die Wärmeübertragerrohre (6) - in einem separat ausgebildeten geschlossenen Gehäuse angeordnet sind, welches von einem Kühlmittel durchströmt wird, das die Wärmeübertragerrohre (6) außenseitig umströmt, wobei das Gehäuse zumindest einen Gehäusedeckel (4) und ein Mantelteil (5) ausbildet und wobei - das Mantelteil (5) durch den Gehäusedeckel (4) dicht verschlossen wird und - beide Enden (11) der Wärmeübertragerrohre (6) jeweils gas- und flüssigkeitsdicht durch den Gehäusedeckel (4) hindurchgeführt sind, sodass der Einlass (12) und der Auslass (13) der Wärmeübertragerrohre (6) außerhalb des Gehäuses angeordnet sind, - einen U-förmigen Bogenbereich (3) zwischen gestreckten Rohrenden (2) aufweisen, - im Bereich der gestreckten Rohrenden (2) zumindest teilweise aus Flachrohren ausgebildet sind und - eine aus quadratischen Vertiefungen ausgebildete strukturierte Oberfläche aufweisen.
Wärmeübertrager (1) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefungen jeweils im Abstand des Doppelten der Seitenlänge der Quadrate voneinander beabstandet angeordnet sind.
Wärmeübertrager (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die quadratischen Vertiefungen - auf der Breitseite des Flachrohrs, - mosaikartig versetzt zueinander und - in den Strömungsquerschnitt des Flachrohrs hineinragend angeordnet sind.
Wärmeübertrager (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der U-förmige Bogenbereich (3) eine vom flachen Rohrquerschnitt der gestreckten Rohrenden (2) abweichende Querschnittsform aufweist.
Wärmeübertrager (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohrquerschnitt im U-förmigen Bogenbereich (3) eine runde Querschnittsform aufweist.
Wärmeübertrager (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohrquerschnitt im U-förmigen Bogenbereich (3) eine rechteckige oder ovale Querschnittsform aufweist.
Wärmeübertrager (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Rohrbündel (15) mehrere U-förmige Wärmeübertragerrohre (6) ineinander verschränkt angeordnet sind.
Wärmeübertrager (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils mindestens zwei U-förmige Wärmeübertragerrohre (6) mit gleichem Radius des U-förmigen Bogenbereichs (3) und gleicher Länge der aus Flachrohren ausgebildeten gestreckten Rohrenden (2) nebeneinander und jeweils mindestens zwei U-förmige Wärmeübertragerrohre (6) mit unterschiedlichem Radius untereinander angeordnet sind.
Wärmeübertrager (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die übereinanderliegenden Bogenbereiche (3) der Wärmeübertragerrohre (6) des Rohrbündels (15) in einer alternierend versetzten Anordnung vorliegen.
Wärmeübertrager (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeübertrager (1) so gestaltet ist, dass er im Abgasstrang eines Kraftfahrzeugs zum Einsatz kommt.
Wärmeübertrager (1) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäusedeckel (4) eine Schnittstelle (7) für einen Anschluss des Wärmeübertragers (1) an das Abgassystem des Kraftfahrzeugs ausbildet.
Wärmeübertrager (1) nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeübertrager (1) einen Kühlmitteleinlass (9) und einen Kühlmittelauslass (10) ausbildet und der Kühlmitteleinlass (9) und/oder der Kühlmittelauslass (10) im Gehäusedeckel (4) ausgebildet ist.
Wärmeübertrager (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeübertrager (1) so gestaltet ist, dass er im kühlmittelgekühlten Ladeluftkühler eines Kraftfahrzeugs zum Einsatz kommt.
Wärmeübertrager (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeübertrager (1) so gestaltet ist, dass er im kühlmittelgekühlten Ölkühler eines Kraftfahrzeugs zum Einsatz kommt.
Wärmeübertrager (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Mantelteil (5) des Gehäuses aus einem Material mit einem Schmelzpunkt von unter 1000 °C besteht.