DE102011076172A1

DE102011076172A1 - Finned heat exchangers

Info

Publication number: DE102011076172A1
Application number: DE102011076172A
Authority: DE
Inventors: Gerd Gaiser
Original assignee: J Eberspaecher GmbH and Co KG
Current assignee: Eberspaecher Exhaust Technology GmbH and Co KG
Priority date: 2011-05-20
Filing date: 2011-05-20
Publication date: 2012-11-22
Also published as: CN109210971A; JP5864731B2; EP2710318A1; JP2014513788A; WO2012159958A1; US20140305621A1; CN103733012A

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Lamellenwärmeübertrager (1), insbesondere für Fahrzeuganwendungen, mit mehreren mit Abstand in einer Stapelrichtung (5) aufeinander gestapelten Lamellen (2), die einen Lamellenstapel bilden, wobei die Lamellen (2) jeweils mehrere von Kragen (3) eingefasste Öffnungen (4) aufweisen, und die Kragen (3) benachbarter Lamellen (2) miteinander gekoppelt sind, so dass im Bereich der gekoppelten Kragen (3) jeweils ein Kanal (6) eines Kanalsystems (7) für einen ersten Strömungspfad (8) eines ersten Fluids ausgebildet ist und zwischen benachbarten Lamellen (2) ein zweiter Strömungspfad (9) eines zweiten Fluids ausgebildet ist, und mit Endplatten (10) an in der Stapelrichtung (5) voneinander entfernten Enden des Lamellenstapels, wobei die Kanäle (6) innerhalb der Endplatten (10) fluidisch miteinander verbunden sind. Ein derartiger Lamellenwärmeübertrager (1) ermöglicht, insbesondere durch einen rohrlosen Aufbau, eine kostengünstige und einfache Herstellung und Montage.The invention relates to a finned heat exchanger (1), in particular for vehicle applications, with a plurality of fins (2) stacked one on top of the other in a stacking direction (5) and forming a stack of fins, the fins (2) each enclosing a plurality of collars (3) Have openings (4) and the collars (3) of adjacent lamellae (2) are coupled to one another, so that in the area of the coupled collars (3) in each case one channel (6) of a channel system (7) for a first flow path (8) is formed and a second flow path (9) of a second fluid is formed between adjacent lamellae (2), and with end plates (10) at ends of the lamella stack which are distant from one another in the stacking direction (5), the channels (6) being located within the End plates (10) are fluidly connected to one another. Such a finned heat exchanger (1) enables, in particular through a pipe-less construction, inexpensive and simple manufacture and assembly.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Lamellenwärmeübertrager, insbesondere für Fahrzeuganwendungen. The present invention relates to a fin heat exchanger, in particular for vehicle applications.

Wärmeübertrager dienen der Übertragung thermischer Energie von einem Fluid zu einem anderen Fluid. Während der Wärmeübertragung wird also insbesondere Wärme ausgetauscht, das heißt die Temperatur der Fluide werden angeglichen. Das erste warme Fluid wird also über den Wärmeübertrager durch das kältere zweite Fluid abgekühlt, wobei sich das zweite Fluid aufwärmt oder das erste Fluid ist das kältere und wird durch das zweite wärmere Fluid aufgewärmt, wobei sich das zweite Fluid abkühlt. Wärmeübertrager werden daher in zahlreichen Anwendungen eingesetzt. Bei Fahrzeugen etwa, dienen sie als Ladeluftkühler der Abkühlung der einer Brennkraftmaschine zuzuführenden Ladeluft, als Abgaswärmeübertrager oder als Heizungswärmeübertrager der Gewinnung der von der Brennkraftmaschine erzeugten Wärme zur weiteren Verwendung. Heat exchangers serve to transfer thermal energy from one fluid to another fluid. During the heat transfer so in particular heat is exchanged, that is, the temperature of the fluids are adjusted. Thus, the first warm fluid is cooled via the heat exchanger by the colder second fluid, with the second fluid warming up, or the first fluid being the colder and being warmed by the second warmer fluid, with the second fluid cooling. Heat exchangers are therefore used in numerous applications. In vehicles, for example, they serve as intercoolers for the cooling of the charge air to be supplied to an internal combustion engine, as exhaust gas heat exchangers or as heat exchangers for the recovery of the heat generated by the internal combustion engine for further use.

Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, für einen Wärmeübertrager der eingangs genannten Art, eine verbesserte oder zumindest alternative Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere durch eine vereinfachte Herstellung auszeichnet. The present invention therefore deals with the problem of providing a heat exchanger of the type mentioned, an improved or at least alternative embodiment, which is characterized in particular by a simplified production.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. This problem is solved according to the invention by the subject matter of the independent claim. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.

Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, einen Wärmeübertrager als einen Lamellenwärmeübertrager auszubilden. Hierfür umfasst der Lamellenwärmeübertrager mehrere mit Abstand in einer Stapelrichtung aufeinander gestapelte Lamellen, welche einen Lamellenstapel bilden. Die jeweiligen Lamellen weisen dabei Öffnungen auf, die von Kragen eingefasst sind, wobei die Kragen benachbarter Lamellen miteinander gekoppelt sind, so dass im Bereich der gekoppelten Kragen jeweils ein Kanal eines Kanalsystems für einen ersten Strömungspfad eines ersten Fluids ausgebildet ist. Die Stapelung der Lamellen und somit der Kragen bildet also diese Kanäle des Kanalsystems, das durch die Öffnungen der jeweiligen Lamellen und den zugehörigen Kragen verläuft. Weiter ist durch die Stapelung der Lamellen ein zweiter Strömungspfad eines zweiten Fluids zwischen benachbarten Lamellen ausgebildet. Der zweite Strömungspfad entsteht also durch die mit Abstand zueinander gestapelten Lamellen. Der Lamellenwärmeübertrager weist weiter an in der Stapelrichtung voneinander entfernten Enden des Lamellenstapels Endplatten auf. Die Endplatten sind also bezüglich der Stapelrichtung an gegenüberliegenden Enden des Lamellenwärmeübertragers angeordnet. Die Endplatten sind weiter derart ausgebildet bzw. ausgestattet, dass die Kanäle innerhalb der Endplatten fluidisch miteinander verbunden sind. Ein derartiger Wärmeübertrager zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass die Umlenkungen des ersten Fluids zwischen den jeweiligen Kanälen innerhalb des Lamellenwärmeübertragers verlaufen, und dass der Lamellenwärmeübertrager in seinem Inneren rohrlos ausgestaltet ist.The present invention is based on the general idea to form a heat exchanger as a lamella heat exchanger. For this purpose, the fin heat exchanger comprises a plurality of spaced apart stacked in a stacking direction lamellae, which form a lamella stack. The respective lamellae have openings which are enclosed by collars, wherein the collars of adjacent lamellae are coupled to each other, so that in each case a channel of a channel system for a first flow path of a first fluid is formed in the region of the coupled collar. The stacking of the lamellae and thus the collar thus forms these channels of the channel system which extends through the openings of the respective lamellae and the associated collar. Further, by stacking the fins, a second flow path of a second fluid is formed between adjacent fins. The second flow path thus arises through the spaced apart lamellae. The fin heat exchanger further has on in the stacking direction remote from each other ends of the fin stack end plates. The end plates are thus arranged with respect to the stacking direction at opposite ends of the plate heat exchanger. The end plates are further configured such that the channels within the end plates are fluidly interconnected. Such a heat exchanger is characterized in particular by the fact that the deflections of the first fluid between the respective channels within the Lamellenwärmeübertragers run, and that the fin heat exchanger is designed in its interior tubeless.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform sind die Ränder der jeweiligen Lamellen auf zumindest einer Seite des Lamellenwärmeübertragers, das heißt die Ränder in einer Richtung senkrecht zur Stapelrichtung, derart ausgebildet, dass sie auf dieser Seite eine geschlossene Seitenwand des Lamellenstapels bilden. Hierzu weisen die entsprechenden Ränder der Lamellen eine von der Lamellenebene abgewinkelte Form auf, wobei sich benachbarte Ränder der jeweiligen Lamellen kontaktieren. Die Seitenwand bildenden Ränder sind also beispielsweise um den gleichen Winkel und in die gleiche Richtung von der zugehörigen Lamelle abgewinkelt. Dabei bilden bei einer bevorzugten Ausführungsform zwei sich gegenüberliegende Seiten des Lamellenwärmeübertragers durch die Ausbildung der entsprechenden Ränder der Lamellen jeweils eine geschlossene Seitenwand. Auch sind Ausführungsformen vorstellbar, bei denen benachbarte Seiten des Lamellenwärmeübertragers durch die entsprechende Ausbildung der Ränder der zugehörigen Lamellen jeweils eine geschlossene Seitenwand des Lamellenstapels bilden, wobei in dem Fall die gemeinsame Ecke der benachbarten Seitenwände durch eine entsprechende Form der jeweiligen Lamellen bzw. Ränder in diesem Bereich optional einen Umlauf von einer der Seitenwände zur benachbarten Seitenwand erlauben. Die Seitenwände, welche durch eine wie hier geschilderte Ausbildung der Ränder der Lamellen entstehen, haben insbesondere den Vorteil, dass auf den Einsatz bzw. Montage weiterer Bauteile verzichtet werden kann. In an advantageous embodiment, the edges of the respective lamellae on at least one side of the lamellar heat exchanger, that is to say the edges in a direction perpendicular to the stacking direction, are designed such that they form a closed side wall of the lamella stack on this side. For this purpose, the corresponding edges of the lamellae have an angled shape of the lamellar plane, wherein adjacent edges of the respective lamellae contact. The side wall forming edges are thus angled, for example, by the same angle and in the same direction of the associated blade. In this case, in a preferred embodiment, two mutually opposite sides of the lamellar heat exchanger form a closed side wall by forming the corresponding edges of the lamellae. Embodiments are also conceivable in which adjacent sides of the lamellar heat exchanger form a closed side wall of the lamella stack by the corresponding formation of the edges of the associated lamellae, in which case the common corner of the adjacent side walls is formed by a corresponding shape of the respective lamellae or edges in this lamella Area optionally allow a rotation of one of the side walls to the adjacent side wall. The side walls, which are formed by an as described here embodiment of the edges of the slats, in particular have the advantage that can be dispensed with the use or assembly of further components.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind die einzelnen Lamellen derart gestapelt, dass die jeweiligen gekoppelten Kragen aneinander anliegen. Es weisen also insbesondere die direkt benachbarten und gekoppelten Kragen einen Kontakt auf. Die Kopplung der jeweiligen aneinander anliegenden Kragen ist dabei optional über Fügestellen, beispielsweise Schweißstellen und Lötstellen, realisiert. In a further advantageous embodiment, the individual slats are stacked such that the respective coupled collar abut each other. Thus, in particular, the directly adjacent and coupled collars have a contact. The coupling of the respective adjoining collar is optionally realized via joints, such as welds and solder joints.

Die Kragen der jeweiligen Lamellen können in beliebiger Form und Größe ausgebildet sein. Vorteilhaft sind jedoch Kragen, die kegelförmig ausgebildet sind. Diese führen insbesondere zu einer vereinfachten Stapelung der jeweiligen Lamellen, zu einer einfachen Kopplung der benachbarten Kragen bzw. der zugehörigen Öffnungen und gewährleisten zusätzlich den Abstand zwischen den einzelnen Lamellen. Als weiteres Bespiel für die Form der Kragen sei hier auf zylindrische, ellipsoidische, hyperboloidische, und paraboloitische Kragen hingewiesen. Es sind auch Ausführungsformen vorstellbar, bei denen unterschiedliche Formen von Kragen verwendet sind. Dabei weisen nicht alle Kragen des Lamellenwärmeübertragers die gleiche Orientierung auf. Es stehen also insbesondere nicht sämtliche Kragen einer Lamelle in die gleiche Richtung von der zugehörigen Lamelle ab. Die Kragen können also insbesondere derart ausgebildet sein, dass sie in der Strömungsrichtung des ersten Fluids oder entgegen dieser Strömungsrichtung bzw. entlang der Stapelrichtung der Lamellen oder entgegen der Stapelrichtung von der Lamelle abstehen. Hierzu sind beispielsweise benachbarte Kragen der Lamellen, die benachbarte Kanäle des Kanalsystems ausbilden, in entgegengesetzte Richtungen ausgebildet. Eine derartige Ausbildung der Kragen dient insbesondere dem Zweck, eine beispielsweise durch die Kanten der Kragen erzeugten Bremsung der Strömung zu verringern bzw. zu verstärken. Somit ist ein gewisser Einfluss auf eine Strömungsgeschwindigkeit des durch die Kanäle fließenden ersten Fluids möglich, womit die Zeit des Wärmetauschs innerhalb des Lamellenwärmeübertragers variierbar ist. The collar of the respective slats can be formed in any shape and size. However, it is advantageous to use collars which are cone-shaped. These lead in particular to a simplified stacking of the respective slats, to a simple coupling of the adjacent collar or the associated openings and ensure In addition, the distance between the individual slats. As a further example of the shape of the collar, reference is made to cylindrical, ellipsoidal, hyperboloidal, and paraboloitic collars. Embodiments are also conceivable in which different forms of collar are used. Not all collars of the lamellar heat exchanger have the same orientation. In particular, not all the collars of a slat in the same direction are therefore dependent on the associated slat. The collars can thus be designed in particular such that they protrude in the flow direction of the first fluid or against this flow direction or along the stacking direction of the lamellae or against the stacking direction of the lamella. For this purpose, for example, adjacent collars of the fins, which form adjacent channels of the channel system, formed in opposite directions. Such a configuration of the collar serves, in particular, for the purpose of reducing or intensifying a braking of the flow generated, for example, by the edges of the collars. Thus, some influence on a flow velocity of the first fluid flowing through the channels is possible, whereby the time of the heat exchange within the finned heat exchanger is variable.

Es sei darauf hingewiesen, dass die einzelnen Kragen nicht zwingend eine einzelne Öffnung der zugehörigen Lamelle umfassen. Es sind auch Kragen vorstellbar, die gleichzeitig mehrere Öffnungen der zugehörigen Lamelle umfassen. It should be noted that the individual collars do not necessarily comprise a single opening of the associated lamella. There are also conceivable collar, which simultaneously comprise a plurality of openings of the associated lamella.

Bei einer weiteren Ausführungsform weisen die Endplatten jeweils eine oder mehrere Öffnungen auf, die jeweils der Zuführung oder der Abführung des ersten oder zweiten Fluids zum Lamellenwärmeübertrager dienen. Eine derartige Zuführung oder Abführung des ersten Fluids ist beispielsweise in einem Bereich der zugehörigen Endplatte angeordnet, in dem zwei Kanäle des Kanalsystems fluidisch miteinander verbunden sind. Dabei befinden sich die Zuführung vorzugsweise an einer der Endplatten und die Abführung an der anderen gegenüberliegenden Endplatte. Andere Ausführungsformen, bei denen die Zuführung und die Abführung an der gleichen Endplatte erfolgen, sind jedoch ebenso vorstellbar, wie Ausführungsformen, bei denen die Endplatten mehrere Zuführungen und/oder Abführungen aufweisen. In a further embodiment, the end plates each have one or more openings, each of which serves to feed or discharge the first or second fluid to the fin heat exchanger. Such a supply or discharge of the first fluid is arranged, for example, in a region of the associated end plate, in which two channels of the channel system are fluidically connected to one another. The feed is preferably located on one of the end plates and the discharge on the other opposite end plate. However, other embodiments in which the feed and the discharge take place on the same end plate are also conceivable, as are embodiments in which the end plates have a plurality of feeds and / or discharges.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die Endplatten des Lamellenwärmeübertragers derart ausgebildet, dass sie jeweils die direkt benachbarten Lamellen außerhalb der Öffnungen bzw. Kragen dieser Lamellen kontaktieren. Diese Kontakte sind dabei linienartig oder flächenartig und dienen optional der Verbindung der Endplatten mit der jeweiligen direkt benachbarten Lamelle. Diese Verbindung ist dabei beispielsweise durch ein Fügeverfahren realisiert. Die Kontakte zwischen den Endplatten und den benachbarten Lamellen stellen nun eine fluidische Verbindung zwischen den Kanälen her und gewährleisten eine Trennung zwischen den beiden Strömungspfaden des ersten und des zweiten Fluids. Hierzu weisen die Endplatten beispielsweise Plattenhohlräume auf, wobei die einzelnen Plattenhohlräume an ihren jeweiligen Enden die benachbarte Lamelle in einem Bereich außerhalb der Öffnungen dieser Lamellen bzw. der Kragen dieser Lamellen berühren und somit kontaktieren. Die Hohlräume der Endplatten weisen dabei vorzugsweise eine geordnete, insbesondere periodische, Anordnung auf. According to a further embodiment, the end plates of the lamella heat exchanger are designed such that they respectively contact the directly adjacent lamellae outside the openings or collar of these lamellae. These contacts are linear or planar and optionally serve the connection of the end plates with the respective directly adjacent lamella. This connection is realized for example by a joining process. The contacts between the end plates and the adjacent fins now establish a fluidic connection between the channels and ensure separation between the two flow paths of the first and second fluids. For this purpose, the end plates, for example, plate cavities, wherein the individual plate cavities at their respective ends of the adjacent blade in an area outside the openings of these blades or the collar of these blades touch and thus contact. The cavities of the end plates in this case preferably have an ordered, in particular periodic, arrangement.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform, sind die Plattenhohlräume zumindest einer der Endplatten derart ausgebildet, dass sie jeweils ein Austrittsende eines einzigen Kanals mit einem Eintrittsende eines einzigen anderen Kanals verbinden. Die Plattenhohlräume bilden also Verbindungskanäle, die die jeweiligen Kanäle des ersten Fluids miteinander verbinden. Die jeweiligen Austrittsenden bzw. Eintrittsenden der Kanäle sind dabei bezüglich des ersten Strömungspfades des ersten Fluids definiert, welcher auch durch die Verbindungskanäle der Endplatten und somit den Plattenhohlräumen bestimmt ist. Alternativ sind die Plattenhohlräume derart ausgebildet, dass sie jeweils Austrittsenden von mehreren Kanälen mit Eintrittsenden von mehreren anderen Kanälen verbinden. Die Plattenhohlräume bilden also Verbindungskammern, die Einfluss auf den Strömungspfad und somit auf die erwähnten Austrittsenden sowie Eintrittsenden nehmen. Es sind weiter auch Ausführungsformen vorstellbar, bei denen die Endplatten sowohl einen oder mehrere Verbindungskanäle als auch einen oder mehrere Verbindungskammern sowie eine beliebige Kombination aus Verbindungskanälen und Verbindungskammern aufweisen. In an advantageous embodiment, the plate cavities of at least one of the end plates are configured such that they respectively connect an exit end of a single channel to an entry end of a single other channel. The plate cavities thus form connecting channels which connect the respective channels of the first fluid with each other. The respective exit ends or entry ends of the channels are defined with respect to the first flow path of the first fluid, which is also determined by the connection channels of the end plates and thus the plate cavities. Alternatively, the disc cavities are configured to connect respective exit ends of a plurality of channels to entrance ends of a plurality of other channels. The plate cavities thus form connecting chambers which have an influence on the flow path and thus on the mentioned outlet ends and inlet ends. Embodiments are also conceivable in which the end plates have both one or more connection channels and one or more connection chambers as well as any combination of connection channels and connection chambers.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind die Kragen bzw. Öffnungen der einzelnen Lamellen derart ausgebildet bzw. geformt, dass die Kanäle des Kanalsystems parallel zueinander verlaufen. Hierzu weisen beispielsweise die Kragen der Lamellen des Lamellenwärmeübertragers in die gleiche Richtung oder in entgegengesetzte Richtungen. Zusätzlich oder alternativ verlaufen die Kanäle in Linien, die quer zur Strömungsrichtung des zweiten Fluids nebeneinander verlaufen. Dabei können diese Linien eine parallele Anordnung aufweisen. Es sind jedoch auch Anordnungen der Linien vorstellbar, bei denen die Linien die in der Strömungsrichtung des zweiten Fluids aufeinander folgen, zueinander fluchten oder quer zur Strömungsrichtung des zweiten Fluids versetzt angeordnet sind. In a further advantageous embodiment, the collars or openings of the individual slats are formed or shaped such that the channels of the channel system extend parallel to one another. For this purpose, for example, have the collar of the fins of the lamella heat exchanger in the same direction or in opposite directions. Additionally or alternatively, the channels extend in lines that run side by side transversely to the flow direction of the second fluid. These lines may have a parallel arrangement. However, arrangements of the lines are also conceivable in which the lines which follow one another in the direction of flow of the second fluid, are aligned with one another or are arranged offset transversely to the flow direction of the second fluid.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform verläuft zumindest eine Hülse durch zumindest einen der durch die Kragen ausgebildeten Kanäle. Die Hülse dient nun insbesondere dem Zweck, eine Verbindung der einzelnen Lamellen, beispielsweise durch Löten, zu ermöglichen. Weiter erhöht die Hülse insbesondere die Stabilität des Lamellenwärmeübertragers durch eine tragende Funktion. According to a further advantageous embodiment, at least one sleeve extends through at least one of the channels formed by the collar. The sleeve is now used in particular the Purpose to allow a connection of the individual slats, for example by soldering. Furthermore, the sleeve in particular increases the stability of the laminated heat exchanger by a supporting function.

Die Lamellen des Lamellenwärmeübertragers sowie die Endplatten sind bedingt durch die thermischen Gegebenheiten während des Betriebs des Lamellenwärmeübertragers sowie den geforderten Wärmeleitfähigkeiten vorzugsweise aus thermoresistenten Materialien mit geeigneter Wärmeübertragung hergestellt. Dabei sei insbesondere auf Metalle sowie Metalllegierungen, wie etwa Aluminium, Blech und Nickelbasislegierung sowie Aluminiumlegierungen hingewiesen. Eine besonders einfache und somit kostengünstige Herstellung der einzelnen Lamellen bzw. des Lamellenwärmeübertragers sowie den zugehörigen Kragen und Öffnungen ist dabei insbesondere durch Ausstanzen bzw. Innenhochdruckformen (Hydro-Forming) möglich. Ein derartiges Herstellverfahren ist insbesondere bei den einzelnen Lamellen aus einem zusammenhängenden Werkstoff, insbesondere Metall bzw. Metalllegierungen, bevorzugt. Die Kragen der einzelnen Lamellen können weiter insbesondere durch ein Ausstülpverfahren hergestellt werden. Due to the thermal conditions during operation of the lamella heat exchanger and the required heat conductivities, the lamellae of the lamellar heat exchanger and the end plates are preferably made of thermoresistant materials with suitable heat transfer. It should be noted in particular on metals and metal alloys, such as aluminum, sheet and nickel-based alloy and aluminum alloys. A particularly simple and thus cost-effective production of the individual slats or the lamella heat transfer and the associated collar and openings is possible in particular by punching or hydroforming (hydro-forming). Such a manufacturing method is particularly preferred for the individual lamellae of a coherent material, in particular metal or metal alloys. The collar of the individual slats can be further prepared in particular by a Ausstülpverfahren.

Es sei darauf hingewiesen, dass die Öffnungen der jeweiligen Lamellen des Lamellenwärmeübertragers beliebige Formen und Größen aufweisen können. Als bevorzugte Ausführungsform sei hier auf eine runde Öffnung hingewiesen, die gänzlich von einem einzigen zugehörigen Kragen eingefasst ist. Es sind jedoch auch weitere Formen von Öffnungen, beispielsweise elliptische oder ovale sowie eckige Formen, vorstellbar. It should be noted that the openings of the respective fins of the lamella heat exchanger can have any shapes and sizes. As a preferred embodiment, reference is made here to a round opening, which is completely surrounded by a single associated collar. However, other forms of openings, such as elliptical or oval and angular shapes, are conceivable.

Es sei ferner darauf hingewiesen, dass der Lamellenwärmeübertrager eine einfache Montage sowie eine leichte Variation der Größe zulässt. So sind zur Änderung der Größe des Lamellenübertrages lediglich die Anzahl der Lamellen des Lamellenwärmeübertragers zu variieren. Die Herstellung anderer Bauteile, beispielsweise Rohre, in verschiedenen Größen entfallen somit. Folglich sind Lamellenwärmeübertrager in zahlreichen Anwendungen einsetzbar. Als Beispiele hierfür seien Abgaswärmeübertrager, Verdampfer, Abgasrückführkühler, Ladeluftkühler, Kondensatoren, Heizungswärmeübertrager, Klimatisierungseinrichtungen sowie Abwärmenutzungsvorrichtungen genannt. It should also be noted that the lamellar heat exchanger allows easy installation and a slight variation in size. So are to change the size of the fin transfer only the number of slats of the plate heat exchanger to vary. The production of other components, such as pipes, in different sizes thus eliminated. Consequently, lamellar heat exchangers can be used in numerous applications. Examples include exhaust gas heat exchanger, evaporator, exhaust gas recirculation cooler, intercooler, condensers, heat exchangers, air conditioning and waste heat recovery devices called.

Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.Other important features and advantages of the invention will become apparent from the dependent claims, from the drawings and from the associated figure description with reference to the drawings.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the particular combination given, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the present invention.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.Preferred embodiments of the invention are illustrated in the drawings and will be described in more detail in the following description, wherein like reference numerals refer to the same or similar or functionally identical components.

Es zeigen, jeweils schematisch,Show, in each case schematically,

1 eine Seitenansicht eines Ausschnitt eines Lamellenwärmeübertragers, 1 a side view of a section of a lamella heat exchanger,

2 einen Querschnitt durch einen Lamellenwärmeübertrager, 2 a cross section through a fin heat exchanger,

3 und 4 jeweils eine perspektivische Ansicht eines Lamellenwärmeübertragers, bei unterschiedlichen Ausführungsformen, 3 and 4 in each case a perspective view of a lamellar heat exchanger, in different embodiments,

5 und 6 jeweils einen Querschnitt durch einen Ausschnitt eines Lamellenwärmeübertragers, bei unterschiedlichen Ausführungsformen. 5 and 6 in each case a cross section through a section of a lamellar heat exchanger, in different embodiments.

Entsprechend den 1 bis 6 umfasst ein Lamellenwärmeübertrager 1 in einer Stapelrichtung 5 aufeinander gestapelte Lamellen 2, die jeweils von Kragen 3 eingefasste Öffnungen 4 aufweisen. Dabei weisen die gestapelten Lamellen 2 einen Abstand zur direkt benachbarten Lamelle 2 auf. Weiter sind die Kragen 3 benachbarter Lamellen 2 in der Stapelrichtung 5 miteinander verbunden. Durch diese Verbindungen bilden die in der Stapelrichtung 5 benachbarten Kragen 3 jeweils ein Kanal 6 eines Kanalsystems 7. Die Kanäle 6 des Kanalsystems 7 bilden weiter einen ersten Strömungspfad 8 für ein erstes Fluid aus. Zudem entsteht, insbesondere durch den Abstand der benachbarten Lamellen 2 sowie den Kragen 3, zwischen benachbarten Lamellen 2 ein zweiter Strömungspfad 9 für ein zweites Fluid. Wie weiter in den 2 bis 4 gezeigt ist, umfasst ein Lamellenwärmeübertrager 1 zu dem zwei Endplatten 10, wobei eine fluidische Verbindung der Kanäle 6 des ersten Fluids innerhalb dieser Endplatten 10 erfolgt.According to the 1 to 6 includes a fin heat exchanger 1 in a stacking direction 5 stacked lamellae 2 , each by collar 3 edged openings 4 exhibit. Here are the stacked slats 2 a distance to the directly adjacent lamella 2 on. Next are the collars 3 adjacent lamellae 2 in the stacking direction 5 connected with each other. These compounds form in the stacking direction 5 adjacent collar 3 one channel each 6 a channel system 7 , The channels 6 of the canal system 7 continue to form a first flow path 8th for a first fluid. In addition, arises in particular by the distance of the adjacent lamellae 2 as well as the collar 3 , between adjacent lamellas 2 a second flow path 9 for a second fluid. As further in the 2 to 4 is shown includes a fin heat exchanger 1 to the two end plates 10 , wherein a fluidic connection of the channels 6 of the first fluid within these end plates 10 he follows.

Bei der in 1 gezeigten Ausführungsform, sind die Kragen 3 der jeweiligen Lamellen 2 kegelförmig ausgebildet. Zudem weisen alle Kragen 3 der Lamellen 2 die gleiche Größe auf und sind in die gleiche Richtung orientiert, das heißt alle Kragen 3 stehen in der Stapelrichtung 5 von der zugehörigen Lamelle 2 ab. Jeweils zwei sich gegenüberliegende Ränder 11 der einzelnen Lamellen 2 sind von der zugehörigen Lamelle 2 in Stapelrichtung 5 abgewinkelt. Dadurch kontaktieren sich die in Stapelrichtung 5 benachbarten Ränder 11 der direkt benachbarten Lamellen 2 flächenartig, wobei die Abwinkelung der Ränder 11 den Abstand der jeweiligen Lamelle 2 zur benachbarten Lamelle 2 bestimmt. Durch die gleiche Größe sowie Form aller Ränder 11, sowie die gleiche Abwinklung aller in Stapelrichtung 5 benachbarten Ränder 11 auf den jeweiligen Seiten der Lamellen 2, ergibt sich somit der gleiche Abstand zwischen jeweils direkt benachbarten Lamellen 2. Durch diesen Abstand versinken die kegelförmigen Kragen 3 in die in Stapelrichtung 5 direkt benachbarte Öffnung 4 bzw. in den Kragen 3 der direkt benachbarten Lamelle 2. Dadurch bilden sich parallele Kanäle 6 des Kanalsystems 7 aus, die parallel zur Stapelrichtung 5 verlaufen. Der flächige Kontakt der in Stapelrichtung 5 direkt benachbarten Ränder 11 der jeweiligen Lamellen 2 bilden weiter auf der jeweiligen Seite jeweils eine geschlossene Seitenwand 12 des Lamellenstapels. Dabei sind die sich flächenartig kontaktierenden Ränder 11 in den jeweiligen Kontaktflächen 13 über Fügestellen 14 miteinander verbunden.At the in 1 In the embodiment shown, the collars are 3 the respective slats 2 cone-shaped. In addition, all have collar 3 the slats 2 the same size and are oriented in the same direction, that is all collar 3 stand in the stacking direction 5 from the associated lamella 2 from. Two opposing edges 11 the individual slats 2 are from the associated lamella 2 in the stacking direction 5 angled. As a result, they contact each other in the stacking direction 5 adjacent edges 11 the directly adjacent lamellae 2 planar, with the angulation of the edges 11 the distance of the respective lamella 2 to the adjacent lamella 2 certainly. By the same size and shape of all edges 11 , as well as the same bend all in the stacking direction 5 adjacent edges 11 on the respective sides of the slats 2 , thus results in the same distance between each directly adjacent slats 2 , By this distance, the cone-shaped collar sink 3 in the stacking direction 5 directly adjacent opening 4 or in the collar 3 the directly adjacent lamella 2 , This forms parallel channels 6 of the canal system 7 off, parallel to the stacking direction 5 run. The flat contact of the stacking direction 5 directly adjacent edges 11 the respective slats 2 continue to form on the respective side in each case a closed side wall 12 of the lamella stack. Here are the area contacting edges 11 in the respective contact areas 13 over joints 14 connected with each other.

Bei dem in 2 gezeigten Lamellenwärmeübertrager 1 weisen die Kragen 3 der Lamellen 2 eine Kegelform auf. Die Lamellen 2 sind derart gestapelt, dass die gekoppelten Kragen 3 jeweils aneinander anliegen und über dadurch entstehende Kontaktflächen 13 durch Fügestellen 14 miteinander gekoppelt sind. Die Endplatten 10 dieses Lamellenwärmeübertragers 1 weisen Hohlräume 15 auf, die die gleiche Größe und Form aufweisen und jeweils durch Trennabschnitte 16, die ebenfalls jeweils die gleiche Größe und Form aufweisen, getrennt sind. Eine der Endplatten 10, die in Stapelrichtung 5 oben am Lamellenwärmeübertrager 1 angeordnet ist, verbindet durch jeweils einen der Hohlräume 15 zwei in einer Richtung 17 senkrecht zur Stapelrichtung 5 direkt benachbarte Kanäle 6 und trennt durch den Trennungsabschnitt 16 die Verbindung zwischen einem der durch den Hohlraum 15 verbundenen Kanäle 6 und einem in der Richtung 17 weiteren direkt benachbarten Kanal 6. Die Hohlräume 15 der Endplatte 10 sind also als Verbindungskanäle ausgebildet. Die Verbindung zwischen den beiden zuletzt genannten und durch den Trennungsabschnitt 16 der oberen Endplatte 10 getrennten Kanäle 6 wird durch einen Hohlraum 15 der anderen bezüglich der Stapelrichtung 5 unteren Endplatte 10 realisiert, welche die gleiche Form und Größe von Hohlräumen 15 und Trennabschnitten 16 aufweist, wie die obere Endplatte 10. Hierzu sind die Hohlräume 15 der unteren Platte 10 relativ zur oberen Endplatte 10 um die halbe Breite eines der Hohlräume 15 entlang der Richtung 17 versetzt. Die jeweiligen Endplatten 10 kontaktieren weiter über ihre Trennungsabschnitte 16 die jeweils direkt benachbarte Lamelle 2 in einem ebenen Bereich dieser Lamellen 2 außerhalb der Kragen 3 und den Öffnungen 4. Dabei sind die Endplatten 10 derart ausgebildet, dass der Abstand zwischen zwei direkt benachbarten Trennungsabschnitten 16 der jeweiligen Endplatten 10 den doppelten Abstand zweier in der Richtung 17 direkt benachbarter Kanäle 6 entspricht. Weiter kontaktieren die Endplatten 10 über ihre Trennabschnitte 16, die jeweils benachbarte Lamelle 2 flächenartig. Im Bereich dieses flächenartigen Kontakts sind die Endplatten 10 über Fügestellen 14 mit den benachbarten Lamellen 2 verbunden.At the in 2 shown finned heat exchanger 1 show the collar 3 the slats 2 a conical shape. The slats 2 are stacked in such a way that the coupled collar 3 each abut each other and thereby resulting contact surfaces 13 through joints 14 coupled together. The end plates 10 this lamella heat exchanger 1 have cavities 15 on, which have the same size and shape and in each case by separating sections 16 , which likewise each have the same size and shape, are separated. One of the end plates 10 in the stacking direction 5 at the top of the lamellar heat exchanger 1 is arranged, connects through each one of the cavities 15 two in one direction 17 perpendicular to the stacking direction 5 directly adjacent channels 6 and separates through the separation section 16 the connection between one of the through the cavity 15 connected channels 6 and one in the direction 17 another directly adjacent channel 6 , The cavities 15 the end plate 10 So they are designed as connection channels. The connection between the last two and through the separation section 16 the upper end plate 10 separate channels 6 is through a cavity 15 the other with respect to the stacking direction 5 lower end plate 10 realized the same shape and size of cavities 15 and separating sections 16 has, as the upper end plate 10 , These are the cavities 15 the lower plate 10 relative to the upper end plate 10 by half the width of one of the cavities 15 along the direction 17 added. The respective end plates 10 Continue to contact via their separation sections 16 each directly adjacent lamella 2 in a flat area of these slats 2 outside the collar 3 and the openings 4 , Here are the end plates 10 formed such that the distance between two directly adjacent separation sections 16 the respective end plates 10 twice the distance between two in the direction 17 directly adjacent channels 6 equivalent. Next contact the end plates 10 about their dividing sections 16 , each adjacent lamella 2 areally. In the area of this sheet-like contact are the end plates 10 over joints 14 with the adjacent lamellae 2 connected.

Die in den 3 und 4 gezeigten Lamellenwärmeübertrager 1 weisen zusätzlich eine Öffnung 18 an der in Stapelrichtung 5 oberen Endplatte 10 auf, die über ein Rohr 19 die Zuführung bzw. Abführung des ersten Fluids ins Kanalsystem 8 ermöglicht. Dabei ist die Öffnung 18 der Endplatte 10 an einem Hohlraum 15 der Endplatte 10 angeordnet, welche eine in einer Richtung 20 quer zur Stapelrichtung 5 und entlang einer Richtung 21 quer zur Stapelrichtung 5 äußersten Kanalreihe 22 des Lamellenwärmeübertragers 1 miteinander verbindet. Dieser Hohlraum 15 ist also als Verbindungskammer ausgebildet. Die in 3 und 4 gezeigten Ausführungsformen des Lamellenwärmeübertragers 1 zeigen weiter obere Endplatten 10 mit unterschiedlichen Hohlräumen.The in the 3 and 4 shown finned heat exchanger 1 additionally have an opening 18 at the in the stacking direction 5 upper end plate 10 on that over a pipe 19 the supply or discharge of the first fluid into the duct system 8th allows. Here is the opening 18 the end plate 10 on a cavity 15 the end plate 10 arranged, which one in one direction 20 transverse to the stacking direction 5 and along one direction 21 transverse to the stacking direction 5 outermost channel row 22 of the lamella heat exchanger 1 connects with each other. This cavity 15 So it is designed as a connection chamber. In the 3 and 4 shown embodiments of the plate heat exchanger 1 continue to show upper end plates 10 with different cavities.

Die obere Endplatte 10 des in 3 gezeigten Lamellenwärmeübertragers 1 weist Hohlräume 15 auf, die jeweils zwei entlang der Richtung 21 direkt benachbarte Kanäle 6 miteinander verbinden. Zwischen diesen Hohlräumen 15 weist die Endplatte 10 Trennungsabschnitte 16 auf, die keine Verbindung zwischen in der Richtung 20 benachbarten Kanälen 6 erlauben. Diese Hohlräume 15 sind also als Verbindungskanäle ausgebildet.The upper end plate 10 of in 3 shown lamellar heat exchanger 1 has cavities 15 on, each two along the direction 21 directly adjacent channels 6 connect with each other. Between these cavities 15 has the end plate 10 separating portions 16 on, no connection between in the direction 20 adjacent channels 6 allow. These cavities 15 So they are designed as connection channels.

Die Hohlräume 15 der oberen Endplatte 10 der in 4 gezeigten Ausführungsform weisen eine Länge auf, die der Länge des Wärmeübertragers 1 entlang der Richtung 20 entspricht, und eine Breite, die den Abstand zweier in der Richtung 21 direkt benachbarter Kanäle 6 entspricht. Dadurch verbinden diese Hohlräume 15 jeweils zwei in der Richtung 21 direkt benachbarte und in der Richtung 20 verlaufende Kanalreihen 22. Diese Hohlräume 15 sind also als Verbindungskammern ausgebildet.The cavities 15 the upper end plate 10 the in 4 shown embodiment have a length that the length of the heat exchanger 1 along the direction 20 corresponds to, and a width, the distance between two in the direction 21 directly adjacent channels 6 equivalent. As a result, these cavities connect 15 two each in the direction 21 directly adjacent and in the direction 20 running channel rows 22 , These cavities 15 are thus formed as connecting chambers.

Bei dem in 5 gezeigten Ausschnitt eines Lamellenstapels eines Lamellenwärmeübertragers 1 ist in den jeweiligen gezeigten Kanälen 6 eine Hülse 23 koaxial zu diesen Kanälen 6 angeordnet und kontaktiert diese. Die jeweiligen Hülsen 23 sind weiter über Kontaktstellen mit den zugehörigen Kanälen 6 verbunden. Die Hülsen 23 dienen somit insbesondere der Verbindung der Lamellen 2 und stabilisieren den Lamellenwärmetauscher 1 zusätzlich.At the in 5 shown section of a lamella stack of a lamellar heat exchanger 1 is in the respective channels shown 6 a sleeve 23 coaxial with these channels 6 arranged and contacted these. The respective sleeves 23 are further via contact points with the associated channels 6 connected. The pods 23 thus serve in particular the connection of the slats 2 and stabilize the finned heat exchanger 1 additionally.

6 zeigt gestapelte Lamellen 2 eines Lamellenwärmeübertragers 1. Dabei sind alle Kragen 3 kegelförmig ausgebildet. Weiter weisen je zwei in Richtung 17 direkt benachbarte Kragen 3 der einzelnen Lamellen 2 entgegengesetzte Orientierungen auf. Die Kragen 3 sind also derart ausgebildet, dass während ein Kragen 3 von der zugehörigen Lamelle 2 in Stapelrichtung 5 absteht, der in der Richtung 17 direkt zu diesem Kragen 3 benachbarte Kragen 3 entgegen der Stapelrichtung 5 von der zugehörigen Lamelle 2 absteht. Zudem sind die Kragen 3 des Lamellenstapels derart ausgebildet, dass die Kragen 3 des selben Kanals 6 jeweils in die gleiche Richtung, also alle in Stapelrichtung 5 oder alle entgegen der Stapelrichtung 5, von den zugehörigen Lamellen 2 abstehen. Dadurch ist nun insbesondere durch die Kanten 24 der Kragen 3, und eine entsprechende Wahl der Strömungsrichtung bzw. des Strömungspfades 8 durch die Kanäle 6, eine Einflussnahme auf die Strömungsgeschwindigkeit des ersten Fluids bzw. auf den Strömungswiderstand und die Wärmeübertragung möglich. 6 shows stacked lamellae 2 a lamella heat exchanger 1 , Here are all collars 3 cone-shaped. Next point each two in the direction 17 directly adjacent collar 3 the individual slats 2 opposite orientations. The collars 3 are thus designed such that while a collar 3 from the associated lamella 2 in the stacking direction 5 that sticks out in the direction 17 directly to this collar 3 adjacent collar 3 against the stacking direction 5 from the associated lamella 2 projects. In addition, the collars 3 the lamella stack formed such that the collar 3 of the same channel 6 each in the same direction, so all in the stacking direction 5 or all against the stacking direction 5 , from the associated slats 2 protrude. This is now especially by the edges 24 the collar 3 , and a corresponding choice of the flow direction or the flow path 8th through the channels 6 , an influence on the flow velocity of the first fluid or on the flow resistance and the heat transfer possible.

Claims

Lamella heat exchanger ( 1 ), in particular for vehicle applications, - with several at a distance in a stacking direction ( 5 ) stacked laminations ( 2 ), which form a lamella stack, - whereby the lamellas ( 2 ) each of several collars ( 3 ) enclosed openings ( 4 ), wherein the collars ( 3 ) of adjacent lamellae ( 2 ) are coupled together so that in the area of the coupled collar ( 3 ) one channel each ( 6 ) of a channel system ( 7 ) for a first flow path ( 8th ) of a first fluid, - wherein between adjacent lamellae ( 2 ) a second flow path ( 9 ) of a second fluid is formed, - with end plates ( 10 ) in the stacking direction ( 5 ) spaced apart ends of the lamella stack, - wherein the channels ( 6 ) within the end plates ( 10 ) are fluidically interconnected.

Laminated heat exchanger according to claim 1, characterized in that the edges ( 11 ) of the slats ( 2 ) on at least one side of the lamellar heat exchanger ( 1 ) are formed such that they have a closed side wall ( 12 ) of the lamella stack.

Laminated heat exchanger according to claim 1 or 2, characterized in that the collar ( 3 ) of the slats ( 2 ) are cone-shaped.

Laminated heat exchanger according to one of claims 1 to 3, characterized in that the collar ( 3 ) of the slats ( 2 ) in a flow direction of the first fluid or counter to the flow direction of the first fluid from the respective blade ( 2 ) stand out.

Laminated heat exchanger according to one of claims 1 to 4, characterized in that the end plates ( 10 ) each at least one opening ( 18 ), the supply or discharge of the first or second fluid to the fin heat exchanger ( 1 ) serves.

Laminated heat exchanger according to one of claims 1 to 5, characterized in that - the end plates ( 10 ) in each case the directly adjacent lamella ( 2 ) outside the openings ( 4 ) or collar ( 3 ), and - that through these contacts a fluidic connection between the channels ( 6 ), and - that through the contacts a separation between the two flow paths ( 8th . 9 ) of the first and second fluids is maintained.

Laminated heat exchanger according to claim 6, characterized in that - the contact between the end plates ( 10 ) and the respective adjacent lamellae ( 2 ) is linear or planar, and / or - that the end plates ( 10 ) via this contact on the directly adjacent ( 2 ) Lamella are attached.

Laminated heat exchanger according to one of claims 1 to 7, characterized in that the end plates ( 2 ) each plate cavities ( 15 ), whereby the respective channels ( 6 ) are fluidly connected to each other.

Laminated heat exchanger according to one of claims 1 to 8, characterized in that - the plate cavities ( 15 ) at least one of the end plates ( 10 ) Connecting channels, each having an exit end of a single channel ( 6 ) with an entry end of a single other channel ( 6 ), or - that the plate cavities ( 15 ) at least one of the end plates ( 10 ) Connecting chambers each having outlet ends of multiple channels ( 16 ) with entry ends of several other channels ( 6 ) connect.

Laminated heat exchanger according to one of claims 1 to 9, characterized in that - the channels ( 6 ) parallel to each other, and / or - that the channels ( 6 ) in transverse to the flow direction ( 9 ) of the second fluid extending lines of the second fluid are arranged side by side, wherein it can be provided in particular that the channels ( 6 ) in lines that are in the flow direction ( 9 ) of the second fluid successive, aligned with each other or transversely to the flow direction ( 9 ) of the second fluid are staggered.

Laminated heat exchanger according to at least one of claims 1 to 10, characterized characterized in that the coupled collar ( 3 ) abut each other and / or via Fugestellen ( 14 ) are coupled.

Laminated heat exchanger according to at least one of claims 1 to 11, characterized in that at least one sleeve ( 23 through at least one of the collars ( 3 ) trained channels ( 6 ) and in particular this isolated.