DE102014212242A1

DE102014212242A1 - Heat exchanger

Info

Publication number: DE102014212242A1
Application number: DE102014212242.2A
Authority: DE
Inventors: David Mercader; Arthur Strehlau; Jens Holdenried; Ulrich Maucher
Original assignee: Mahle International GmbH
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2014-06-25
Filing date: 2014-06-25
Publication date: 2015-12-31
Also published as: EP3161402A1; EP3161402B1; WO2015197362A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager (20) für einen Abgasstrang eines Kraftfahrzeugs, mit einem Gehäuse (2) und mit einer Mehrzahl von Rohren (3), welche von einem Abgas durchströmbar sind und von einem Kühlmittel umströmbar sind, wobei die Rohre (3) innerhalb des Gehäuses (2) angeordnet sind und das Gehäuse (2) einen Kühlmitteleinlass (5, 9) und einen Kühlmittelauslass (6) aufweist, wobei das Abgas und das Kühlmittel im Gegenstrom zueinander durch den Wärmeübertrager (20) strömbar sind, wobei das Innenvolumen des Gehäuses (2) in einen ersten Strömungsweg (22) und einen zweiten Strömungsweg (21) unterteilt ist und die Rohre (3) innerhalb des zweiten Strömungsweges (21) angeordnet sind, wobei der erste Strömungsweg (22) einen Bypass zum zweiten Strömungsweg (21) ausbildet, wobei die Querschnittsfläche (AB) des ersten Strömungsweges (22) zwischen 15% und 65%, bevorzugt zwischen 30% und 50%, der insgesamt vom Kühlmittel durchströmten Querschnittsfläche (AT) des Gehäuses (2) beträgt, wobei die insgesamt vom Kühlmittel durchströmte Querschnittsfläche (AT) des Gehäuses (2) durch die Querschnittsfläche (AB) des ersten Strömungsweges (22) und die Querschnittsfläche des zweiten Strömungsweges (21) abzüglich der von den Rohren (3) eingenommenen Querschnittsfläche gebildet ist.The invention relates to a heat exchanger (20) for an exhaust system of a motor vehicle, with a housing (2) and with a plurality of tubes (3) through which an exhaust gas can flow and through which a coolant can flow, the tubes (3) inside the housing (2) are arranged and the housing (2) has a coolant inlet (5, 9) and a coolant outlet (6), wherein the exhaust gas and the coolant in countercurrent to each other through the heat exchanger (20) are flowable, wherein the internal volume of Housing (2) in a first flow path (22) and a second flow path (21) is divided and the tubes (3) within the second flow path (21) are arranged, wherein the first flow path (22) bypasses the second flow path (21 ), wherein the cross-sectional area (AB) of the first flow path (22) between 15% and 65%, preferably between 30% and 50%, of the total flowed through by the coolant cross-sectional area (A T) of the housing (2), wherein the total flowed through by the coolant cross-sectional area (AT) of the housing (2) by the cross-sectional area (AB) of the first flow path (22) and the cross-sectional area of the second flow path (21) minus that of the tubes (3) occupied cross-sectional area is formed.

Description

Technisches GebietTechnical area

Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager für einen Abgasstrang eines Kraftfahrzeugs, mit einem Gehäuse und mit einer Mehrzahl von Rohren, welche von einem Abgas durchströmbar sind und von einem Kühlmittel umströmbar sind, wobei die Rohre innerhalb des Gehäuses angeordnet sind und das Gehäuse einen Kühlmitteleinlass und einen Kühlmittelauslass aufweist, wobei das Abgas und das Kühlmittel im Gegenstrom zueinander durch den Wärmeübertrager strömbar sind, wobei das Innenvolumen des Gehäuses in einen ersten Strömungsweg und einen zweiten Strömungsweg unterteilt ist und die Rohre innerhalb des zweiten Strömungsweges angeordnet sind, wobei der erste Strömungsweg einen Bypass zum zweiten Strömungsweg ausbildet.The invention relates to a heat exchanger for an exhaust system of a motor vehicle, comprising a housing and a plurality of tubes, which are flowed through by an exhaust gas and can flow around a coolant, wherein the tubes are arranged within the housing and the housing has a coolant inlet and a coolant outlet wherein the exhaust gas and the coolant are countercurrent to each other through the heat exchanger, wherein the inner volume of the housing is divided into a first flow path and a second flow path and the tubes are arranged within the second flow path, wherein the first flow path bypasses the second Forming flow path.

Stand der TechnikState of the art

In Kraftfahrzeugen werden Wärmeübertrager eingesetzt, um Abgas, welches vom Verbrennungsmotor kommt, zu kühlen. Hierzu wird zwischen dem in einem Abgasstrang strömenden Abgas und einem Kühlmittel ein Wärmeübertrag erzeugt, um Wärme von dem Abgas auf das Kühlmittel zu übertragen.In motor vehicles, heat exchangers are used to cool exhaust gas coming from the internal combustion engine. For this purpose, a heat transfer is generated between the exhaust gas flowing in an exhaust gas line and a coolant in order to transfer heat from the exhaust gas to the coolant.

Das abgekühlte Abgas kann dem Verbrennungsmotor im Rahmen einer sogenannten Abgasrückführung wieder zugeführt werden. Durch die Beimengung von gekühltem Abgas zur Frischluft, welche zur Verbrennung in den Brennraum geführt wird, kann die Schadstoffemission des Verbrennungsmotors verringert werden.The cooled exhaust gas can be returned to the internal combustion engine as part of a so-called exhaust gas recirculation. By adding cooled exhaust gas to the fresh air, which is guided for combustion in the combustion chamber, the pollutant emission of the internal combustion engine can be reduced.

Eine im Stand der Technik bekannte Bauform ist ein Rohrbündel-Wärmeübertrager. Das Abgas wird in diesem durch eine Mehrzahl von Rohren geführt, welche innerhalb eines Gehäuses angeordnet sind und mit einem Kühlmittel umströmt werden. Aus der DE 10 2008 038 629 A1 ist ein Wärmeübertrager dieser Art bekannt.One known in the art is a tube bundle heat exchanger. The exhaust gas is guided therein by a plurality of tubes, which are arranged within a housing and are flowed around with a coolant. From the DE 10 2008 038 629 A1 a heat exchanger of this type is known.

Die Vorrichtungen, welche aus dem Stand der Technik bekannt sind, können derart durchströmt werden, dass das Abgas und das Kühlmittel im Wesentlichen in gleiche Richtungen (Gleichstrom) strömen oder derart, dass das Abgas und das Kühlmittel in entgegengesetzte Richtungen (Gegenstrom) strömen. Aus der DE 10 2006 005 246 A1 ist ein Wärmeübertrager für einen Abgasstrang bekannt, welcher sowohl für eine Durchströmung im Gleichstrom als auch für eine Durchströmung im Gegenstrom verwendet werden kann.The devices which are known from the prior art can be flowed through such that the exhaust gas and the coolant flow in substantially equal directions (direct current) or such that the exhaust gas and the coolant flow in opposite directions (countercurrent). From the DE 10 2006 005 246 A1 a heat exchanger for an exhaust line is known, which can be used both for a flow in the DC and for a flow in countercurrent.

Nachteilig an den Vorrichtungen im Stand der Technik ist insbesondere, dass es an der Einströmseite des Abgases in den Wärmeübertrager zu Überhitzungen kommen kann, welche zu einem Sieden des Kühlmittels innerhalb des Wärmeübertragers führen. Ein Sieden des Kühlmittels kann Schäden am Kühlmittelkreislauf verursachen und starkes Sieden senkt insgesamt den thermodynamischen Wirkungsgrad.A disadvantage of the devices in the prior art is in particular that it can come to the inlet side of the exhaust gas in the heat exchanger to overheating, which lead to boiling of the coolant within the heat exchanger. Boiling the coolant can cause damage to the coolant loop, and excessive boiling reduces overall thermodynamic efficiency.

Aus der DE 10 2009 034 723 A1 ist ein Wärmeübertrager bekannt, welcher jeweils zwei Fluideinlässe für das Kühlmittel und einen Fluidauslass für das Kühlmittel vorsieht. Durch den zusätzlichen Fluideinlass kann die Kühlmittelverteilung an der Einströmseite des Abgases verbessert werden, wodurch dem Sieden des Kühlmittels entgegengewirkt werden kann.From the DE 10 2009 034 723 A1 a heat exchanger is known, which provides two fluid inlets for the coolant and one fluid outlet for the coolant. By virtue of the additional fluid inlet, the coolant distribution on the inflow side of the exhaust gas can be improved, as a result of which the boiling of the coolant can be counteracted.

Nachteilig an diesem Wärmeübertrager ist, dass zusätzliche Fluidanschlüsse vorgesehen werden müssen, wodurch der Aufbau des Wärmeübertragers komplexer wird und ein größerer Bauraum benötigt wird.A disadvantage of this heat exchanger is that additional fluid connections must be provided, whereby the structure of the heat exchanger is complex and a larger space is needed.

Darstellung der Erfindung, Aufgabe, Lösung, VorteilePresentation of the invention, object, solution, advantages

Daher ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Wärmeübertrager zu schaffen, der das Sieden des Kühlmittels an der Einströmseite des Abgases wirkungsvoll reduziert oder gänzlich vermeidet.Therefore, it is the object of the present invention to provide a heat exchanger, which effectively reduces or completely eliminates the boiling of the refrigerant on the inflow side of the exhaust gas.

Die Aufgabe hinsichtlich des Wärmeübertragers wird durch einen Wärmeübertrager mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.The object with regard to the heat exchanger is achieved by a heat exchanger with the features of claim 1.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager für einen Abgasstrang eines Kraftfahrzeugs, mit einem Gehäuse und mit einer Mehrzahl von Rohren, welche von einem Abgas durchströmbar sind und von einem Kühlmittel umströmbar sind, wobei die Rohre innerhalb des Gehäuses angeordnet sind und das Gehäuse einen Kühlmitteleinlass und einen Kühlmittelauslass aufweist, wobei das Abgas und das Kühlmittel im Gegenstrom zueinander durch den Wärmeübertrager strömbar sind, wobei das Innenvolumen des Gehäuses in einen ersten Strömungsweg und einen zweiten Strömungsweg unterteilt ist und die Rohre innerhalb des zweiten Strömungsweges angeordnet sind, wobei der erste Strömungsweg einen Bypass zum zweiten Strömungsweg ausbildet, wobei die Querschnittsfläche des ersten Strömungsweges zwischen 15% und 65%, bevorzugt zwischen 30% und 50%, der insgesamt vom Kühlmittel durchströmten Querschnittsfläche des Gehäuses beträgt, wobei die insgesamt vom Kühlmittel durchströmte Querschnittsfläche des Gehäuses durch die Querschnittsfläche des ersten Strömungsweges und die Querschnittsfläche des zweiten Strömungsweges abzüglich der von den Rohren eingenommenen Querschnittsfläche gebildet ist.An embodiment of the invention relates to a heat exchanger for an exhaust system of a motor vehicle, with a housing and with a plurality of tubes, which are flowed through by an exhaust gas and are flowed around by a coolant, wherein the tubes are arranged within the housing and the housing has a coolant inlet and a coolant outlet, wherein the exhaust gas and the coolant are countercurrent to each other through the heat exchanger, wherein the inner volume of the housing is divided into a first flow path and a second flow path and the tubes are disposed within the second flow path, wherein the first flow path bypasses is formed to the second flow path, wherein the cross-sectional area of the first flow path between 15% and 65%, preferably between 30% and 50%, of the total flowed through by the coolant cross-sectional area of the housing, wherein the total of the coolant d perfused cross-sectional area of the housing through the cross-sectional area of the first flow path and the cross-sectional area of the second flow path minus that of the Tubes occupied cross-sectional area is formed.

Ein Bypass für das Kühlmittel ist besonders vorteilhaft, um das Kühlmittel innerhalb des Gehäuses gezielt zu der Seite führen zu können, an welcher das Abgas in die Rohre eintritt. An der Einströmseite des Abgases weist das Abgas das höchste Temperaturniveau auf, wodurch das Kühlmittel in diesem Bereich stark erhitzt wird. Im Extremfall kann es zu starkem Sieden, sogenanntem Filmsieden, des Kühlmittels in diesem Bereich kommen, wodurch der Kühlmittelkreislauf beschädigt werden kann und die Kühlleistung insgesamt reduziert wird. Der Bypass führt vorteilhafterweise Kühlmittel direkt vom Kühlmitteleinlass zur Einströmseite des Abgases ohne vorher eine wesentliche Wärmemenge aufzunehmen.A bypass for the coolant is particularly advantageous in order to be able to guide the coolant within the housing in a targeted manner to the side at which the exhaust gas enters the tubes. At the inflow side of the exhaust gas, the exhaust gas has the highest temperature level, whereby the coolant is heated strongly in this area. In extreme cases, it may come to a strong boiling, so-called film boiling, the coolant in this area, whereby the coolant circuit can be damaged and the cooling capacity is reduced overall. The bypass advantageously leads coolant directly from the coolant inlet to the inlet side of the exhaust gas without first receiving a significant amount of heat.

Bevorzugt strömen das Kühlmittel und das Abgas im Gegenstrom zueinander, wodurch der mögliche Wärmeübertrag zwischen dem Abgas und dem Kühlmittel maximiert wird. Demnach tritt das Kühlmittel, welches den zweiten Strömungsweg durchströmt, durch das Umströmen der Rohre bereits in einen Wärmeübertrag mit dem Abgas bevor es an der Einströmseite des Abgases ankommt. Die Wärmeaufnahmekapazität ist daher geringer als bei dem Kühlmittel, welches durch den Bypass beziehungsweise den ersten Strömungsweg direkt zur Einströmseite des Abgases strömt. Im Nachfolgenden werden die Bezeichnungen Bypass und erster Strömungsweg synonym verwendet.Preferably, the coolant and the exhaust gas flow in countercurrent to each other, whereby the possible heat transfer between the exhaust gas and the coolant is maximized. Accordingly, the coolant, which flows through the second flow path, already enters into a heat transfer with the exhaust gas before it arrives at the inflow side of the exhaust gas by flowing around the pipes. The heat absorption capacity is therefore lower than that of the coolant flowing through the bypass or the first flow path directly to the inflow side of the exhaust gas. In the following, the terms bypass and first flow path are used synonymously.

Für das Kühlmittel ergeben sich vorteilhafterweise zwei Querschnittsflächen, deren Verhältnis einen wesentlichen Einfluss auf den entstehenden Druckverlust und auf die zur Erreichung einer bestimmten Kühlleistung erforderliche Kühlmittelmenge hat. Die erste Querschnittsfläche ist die Querschnittsfläche des Bypasses (A_B) beziehungsweise des ersten Strömungsweges, während die zweite Querschnittsfläche durch die gesamte vom Kühlmittel durchströmte Querschnittsfläche (A_T) innerhalb des Gehäuses gegeben ist, wobei hierzu die Querschnittsfläche des ersten Strömungsweges und die des zweiten Strömungsweges abzüglich der von den Rohren eingenommenen Querschnittsfläche zählen.For the coolant advantageously two cross-sectional areas arise, the ratio of which has a significant influence on the resulting pressure loss and the amount of coolant required to achieve a certain cooling capacity. The first cross-sectional area is the cross-sectional area of the bypass (A _B ) or the first flow path, while the second cross-sectional area is given by the entire flowed through by the coolant cross-sectional area (A _T ) within the housing, for which purpose the cross-sectional area of the first flow path and the second flow path minus the cross-sectional area occupied by the tubes.

Bevorzugt liegt das Verhältnis der Querschnittsfläche A_B zur Querschnittsfläche A_T zwischen 15% und 65%, dabei besonders bevorzugt zwischen 30% und 50%. Es hat sich herausgestellt, dass unterschiedliche Wärmeübertrager, welche ein Verhältnis der Querschnittsflächen in diesem Bereich aufweisen, einen besonders niedrigen Kühlmittelbedarf haben, um eine vorgegebene Kühlleistung zu erreichen. Weiterhin ist der Druckverlust des Kühlmittels innerhalb des Gehäuses in einem solchen Größenbereich der Querschnittsflächen besonders niedrig.The ratio of the cross-sectional area A _B to the cross-sectional area A _{T is} preferably between 15% and 65%, particularly preferably between 30% and 50%. It has been found that different heat exchangers, which have a ratio of the cross-sectional areas in this area, have a particularly low coolant requirement in order to achieve a predetermined cooling capacity. Furthermore, the pressure loss of the coolant within the housing in such a size range of the cross-sectional areas is particularly low.

Ein Wärmeübertrager mit den Merkmalen von Anspruch 1 ist daher besonders geeignet, um eine maximale Kühlleistung bei minimalem Druckverlust zu erzeugen. Wärmeübertrager mit diesen Merkmalen weisen somit eine besonders günstige Kühlcharakteristik auf.A heat exchanger with the features of claim 1 is therefore particularly suitable for generating a maximum cooling capacity with minimal pressure loss. Heat exchangers with these features thus have a particularly favorable cooling characteristic.

Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn die Rohre einen rechteckförmigen Querschnitt aufweisen, wobei die Breite des Querschnitts jeweils zwischen 13 mm und 17 mm beträgt und die Höhe zwischen 4 mm und 5 mm beträgt.Moreover, it is advantageous if the tubes have a rectangular cross section, wherein the width of the cross section is in each case between 13 mm and 17 mm and the height is between 4 mm and 5 mm.

Ein rechteckiger Querschnitt der Rohre ist besonders vorteilhaft in Verbindung mit einem ebenfalls rechteckigen Gehäusequerschnitt. In einer solchen Anordnung lassen sich die Rohre untereinander und zu dem Gehäuse auf einfache Weise beabstanden, so dass geeignete Spalte zwischen den Rohren und dem Gehäuse entstehen, um eine ausreichende Durchströmung mit dem Kühlmittel zu gewährleisten.A rectangular cross section of the tubes is particularly advantageous in conjunction with a likewise rectangular housing cross section. In such an arrangement, the tubes can be easily spaced apart from one another and from the housing so that suitable gaps are created between the tubes and the housing in order to ensure sufficient flow through the coolant.

Besonders bevorzugt weisen die Rohre einen rechteckigen Querschnitt auf, welcher eine Breite zwischen 13 mm und 17 mm und eine Höhe zwischen 4 mm und 5 mm aufweist. Rohre dieser Dimension sind vorteilhaft, da sie ein sehr gutes Verhältnis von durchströmbaren Querschnitt zur Außenfläche aufweisen, welches insbesondere für Anwendungen in einem Abgasstrang eines Kraftfahrzeugs vorteilhaft ist, um eine maximale Kühlleistung zu erreichen. Hierbei sind insbesondere die gewöhnlich zu erwartenden Abgastemperaturen von mehreren hundert Grad Celsius, die gewöhnlich vorherrschende Kühlmitteltemperatur und die nach der Abkühlung zu erreichende Abgastemperatur entscheidende Größen für die Auslegung des Wärmeübertragers.Particularly preferably, the tubes have a rectangular cross section, which has a width between 13 mm and 17 mm and a height between 4 mm and 5 mm. Tubes of this dimension are advantageous because they have a very good ratio of flow-through cross-section to the outer surface, which is particularly advantageous for applications in an exhaust system of a motor vehicle in order to achieve maximum cooling performance. Here, in particular, the usually expected exhaust gas temperatures of several hundred degrees Celsius, the usually prevailing coolant temperature and the exhaust gas temperature to be reached after cooling are decisive variables for the design of the heat exchanger.

Auch ist es zu bevorzugen, wenn die Rohre derart zueinander beabstandet angeordnet sind, dass die Mittelachsen der Rohre in der Breite um 14,5 mm bis 18,5 mm zueinander beabstandet sind und in der Höhe um 5,5 mm bis 6,5 mm zueinander beabstandet sind.Also, it is preferable that the tubes are spaced apart from each other such that the center axes of the tubes are spaced apart by 14.5 mm to 18.5 mm in width and 5.5 mm to 6.5 mm in height spaced apart from each other.

Eine Anordnung mit einer Teilung in der Breite von 14,5 mm bis 18,5 mm und mit einer Teilung in der Höhe von 5,5 mm bis 6,5 mm ist besonders vorteilhaft, um bei gegebenen Rohrgrößen, wie sie vorausgehend beschrieben wurden, jeweils ausreichende Spalte zwischen den zueinander benachbarten Rohren zu erreichen. Die Spaltgröße muss dabei ausreichend groß sein, um eine Stauung oder die Erzeugung eines zu hohen Druckverlustes zu vermeiden.An arrangement with a pitch in the width of 14.5 mm to 18.5 mm and with a pitch of 5.5 mm to 6.5 mm in height is particularly advantageous for the given pipe sizes, as previously described, in each case to achieve sufficient gaps between the mutually adjacent tubes. The gap size must be sufficiently large in order to avoid congestion or the generation of excessive pressure loss.

Auch ist es vorteilhaft, wenn der erste Strömungsweg thermisch isoliert gegenüber dem zweiten Strömungsweg und/oder dem Gehäuse und/oder den Rohren und/oder dem die Rohre umströmenden Kühlmittel ist.It is also advantageous if the first flow path is thermally insulated from the second flow path and / or the housing and / or the tubes and / or the coolant flowing around the tubes.

Eine thermische Isolation ist besonders vorteilhaft, da sie dazu führt, dass das Kühlmittel, welches durch den Bypass beziehungsweise den ersten Strömungsweg strömt, thermisch von dem Kühlmittel im zweiten Strömungsweg und insbesondere von dem Abgas in den Rohren entkoppelt ist. Daher weist das Kühlmittel nach dem Ausströmen aus dem Bypass in den zweiten Strömungsweg im Bereich der Abgaseinströmseite eine besonders große Wärmeaufnahmekapazität auf, wodurch eine besonders grolle Kühlwirkung erzeugt werden kann und das Sieden des Kühlmittels wirksam verhindert werden kann.A thermal insulation is particularly advantageous as it results in the coolant flowing through the bypass or the first flow path being thermally decoupled from the coolant in the second flow path and in particular from the exhaust gas in the tubes. Therefore, the refrigerant after flowing out of the bypass into the second flow path in the region of the exhaust gas inflow side on a particularly large heat capacity, whereby a particularly great cooling effect can be generated and the boiling of the coolant can be effectively prevented.

Auch ist es zweckmäßig, wenn der Kühlmitteleinlass und die Einströmseite des Abgases in Haupterstreckungsrichtung der Rohre an gegenüberliegenden Endbereichen des Gehäuses angeordnet sind.It is also expedient if the coolant inlet and the inflow side of the exhaust gas are arranged in the main direction of extension of the tubes at opposite end regions of the housing.

Durch die Anordnung des Kühlmitteleinlasses und der Einströmseite des Abgases an sich gegenüberliegenden Endbereichen wird ein Durchströmen des Wärmeübertragers im Gegenstrom erreicht. Dies ist besonders vorteilhaft, um einen möglichst großen Wärmeübertrag innerhalb des Wärmeübertragers realisieren zu können.The arrangement of the coolant inlet and the inflow side of the exhaust gas at opposite end regions, a flow through the heat exchanger is achieved in countercurrent. This is particularly advantageous in order to be able to realize the largest possible heat transfer within the heat exchanger.

Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn die Rohre an ihrer Innenfläche und/oder an ihrer Außenfläche turbulenzerzeugende Mittel aufweisen.Moreover, it is advantageous if the tubes have turbulence-generating means on their inner surface and / or on their outer surface.

Turbulenzerzeugende Mittel, wie beispielsweise Winglets oder Rippen, sind besonders vorteilhaft, um eine Verwirbelung des Abgases und/oder des Kühlmittels zu erzeugen. In turbulenten Strömungen kann ein größerer Wärmeübertrag erzielt werden als in laminaren Strömungen. Außerdem können Stauungen des Kühlmittels und die dadurch entstehenden Bereiche hoher Temperatur reduziert werden oder vollständig vermieden werden.Turbulence generating means, such as winglets or fins, are particularly advantageous for generating turbulence of the exhaust gas and / or the coolant. In turbulent flows, a greater heat transfer can be achieved than in laminar flows. In addition, congestion of the coolant and the resulting high temperature areas can be reduced or completely avoided.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass die Einströmrichtung und/oder die Ausströmrichtung des Kühlmittels jeweils eine Normale zur Hauptdurchströmungsrichtung der Rohre bildet.A further preferred embodiment is characterized in that the inflow direction and / or the outflow direction of the coolant in each case forms a normal to the main flow direction of the tubes.

Eine solche Anordnung des Kühlmitteleinlasses und des Kühlmittelauslasses ist besonders bevorzugt, um eine möglichst kompakte Bauform zu erhalten. Weiterhin ist es vorteilhaft, da insbesondere durch eine Einströmrichtung des Kühlmittels, welche als Normale zur Hauptdurchströmungsrichtung der Rohre ausgerichtet ist, eine vorteilhafte Verteilung des Kühlmittels über den gesamten Querschnitt des Gehäuses erreicht werden kann. Die Ausbreitungsrichtung des Kühlmittels liegt hier in direkter Verlängerung der Einströmrichtung, wodurch das Kühlmittel keine oder nur unwesentliche Umlenkungen erfahren muss, um sich vollständig über den Querschnitt des Gehäuses zu verteilen.Such an arrangement of the coolant inlet and the coolant outlet is particularly preferred in order to obtain the most compact possible design. Furthermore, it is advantageous, since in particular by an inflow direction of the coolant, which is aligned as normal to the main flow direction of the tubes, an advantageous distribution of the coolant over the entire cross section of the housing can be achieved. The propagation direction of the coolant is here in direct extension of the inflow direction, whereby the coolant must undergo no or only insignificant deflections in order to distribute itself completely over the cross section of the housing.

Weiterhin ist es besonders vorteilhaft, wenn der erste Strömungsweg an einer der Innenflächen des Gehäuses ausgebildet ist und durch eine Wandung von dem zweiten Strömungsweg abgetrennt ist.Furthermore, it is particularly advantageous if the first flow path is formed on one of the inner surfaces of the housing and is separated by a wall of the second flow path.

Eine Anordnung des ersten Strömungsweges beziehungsweise des Bypasses an einer der Innenflächen des Gehäuses ist vorteilhaft, um den Bypass räumlich getrennt von den durch das Gehäuse verlaufenden Rohren auszuführen. Dies dient der einfacheren Strömungsführung und reduziert weiterhin den Wärmeübertrag von den Rohren beziehungsweise dem darin strömenden Abgas auf das Kühlmittel im Bypass.An arrangement of the first flow path or the bypass on one of the inner surfaces of the housing is advantageous in order to carry out the bypass spatially separated from the tubes extending through the housing. This serves for easier flow guidance and furthermore reduces the heat transfer from the tubes or the exhaust gas flowing therein to the coolant in the bypass.

Auch ist es zu bevorzugen, wenn die Wandung eine oder mehrere Öffnungen aufweist, welche jeweils einen Kühlmittelübertritt zwischen dem ersten Strömungsweg und dem zweiten Strömungsweg bilden.It is also preferable if the wall has one or more openings which each form a coolant passage between the first flow path and the second flow path.

Bevorzugt ist ein Übertritt des Kühlmittels aus dem zweiten Strömungsweg in den ersten Strömungsweg beziehungsweise von dem ersten Strömungsweg in den zweiten Strömungsweg durch Öffnungen in der den Bypass begrenzenden Wandung möglich. Auf diese Weise kann das Kühlmittel leicht zwischen den beiden Strömungswegen ausgetauscht werden. Bevorzugt sind die Öffnungen im Bereich des Kühlmitteleinlasses und des Kühlmittelauslasses angeordnet.Preferably, a passage of the coolant from the second flow path in the first flow path or from the first flow path in the second flow path through openings in the bypass-limiting wall is possible. In this way, the coolant can be easily exchanged between the two flow paths. Preferably, the openings are arranged in the region of the coolant inlet and the coolant outlet.

Auch ist es vorteilhaft, wenn der Kanal eine kürzere Erstreckung entlang der Haupterstreckungsrichtung der Rohre aufweist als das Innere des Gehäuses, wobei die offenen Endbereiche des Kanals frei in das Innenvolumen des Gehäuses münden.It is also advantageous if the channel has a shorter extension along the main extension direction of the tubes than the interior of the housing, wherein the open end regions of the channel open freely into the internal volume of the housing.

Durch eine kürzere Erstreckung des Kanals im Vergleich zum Inneren des Gehäuses kann sichergestellt werden, dass die offenen Endbereiche des Kanals nicht an den das Innenvolumen des Gehäuses begrenzenden Wandungen anliegen, wodurch ein Fluidübertritt vom zweiten Strömungsweg in den Bypass erschwert werden könnte. Alternativ zu den frei in das Innenvolumen mündenden Endbereichen, kann der Kanal auch Öffnungen aufweisen, welche den Fluidübertritt zwischen den Strömungswegen ermöglichen.By a shorter extension of the channel compared to the interior of the housing can be ensured that the open end portions of the channel do not abut against the walls of the inner volume of the housing, whereby a fluid transfer from the second flow path could be made difficult in the bypass. As an alternative to the end regions opening freely into the internal volume, the channel can also have openings which allow the passage of fluid between the flow paths.

Darüber hinaus ist es zweckmäßig, wenn das Kühlmittel vom Kühlmitteleinlass durch den ersten Strömungsweg in den zweiten Strömungsweg strömbar ist und/oder, wenn das Kühlmittel aus dem ersten Strömungsweg durch den zweiten Strömungsweg zum Kühlmittelauslass strömbar ist.Moreover, it is expedient if the coolant from the coolant inlet through the first flow path in the second flow path is flowable and / or if the coolant from the first flow path through the second flow path to the coolant outlet is flowable.

Je nach Lage des Kühlmitteleinlasses relativ zum Bypass, kann das Kühlmittel entweder vom Kühlmitteleinlass direkt in den zweiten Strömungsweg strömen und von dort durch die Öffnung in den Bypass oder direkt vom Kühlmitteleinlass in den Bypass und durch die Öffnung in den zweiten Strömungsweg. Der Kühlmittelauslass ist bevorzugt auf der dem Bypass gegenüberliegenden Seite des Gehäuses angeordnet, um zu erreichen, dass das Kühlmittel aus dem Bypass in jedem Fall durch die Öffnung in den zweiten Strömungsweg überströmt bevor es aus dem Kühlmittelauslass ausströmt. Auf diese Weise wird die zusätzliche Kühlung der Abgaseinströmseite, welche an dem Endbereich des Wärmeübertragers angeordnet ist der auch den Kühlmittelauslass aufweist, gewährleistet.Depending on the location of the coolant inlet relative to the bypass, the coolant may flow either from the coolant inlet directly into the second flow path and from there through the opening into the bypass or directly from the coolant inlet into the bypass and through the opening into the second flow path. The coolant outlet is preferably arranged on the side of the housing opposite the bypass in order to ensure that the coolant from the bypass in any case flows through the opening into the second flow path before it flows out of the coolant outlet. In this way, the additional cooling of the exhaust gas inflow side, which is arranged at the end region of the heat exchanger which also has the coolant outlet, ensured.

Auch ist es vorteilhaft, wenn die Rohre endseitig in Rohrböden aufgenommen sind, welche den vom Kühlmittel durchströmbaren Bereich des Gehäuses in einer Richtung entlang der Hauptdurchströmungsrichtung der Rohre begrenzen.It is also advantageous if the tubes are accommodated at the end in tube plates which delimit the area of the housing through which the coolant can flow in a direction along the main flow direction of the tubes.

Rohrböden sind vorteilhaft, um eine Aufnahme für die Rohre zu bilden und weiterhin eine Begrenzung des vom Kühlmittel durchströmten Bereichs im Gehäuse zu erreichen. An den Rohrböden, welche bevorzugt fluiddicht mit dem Gehäuse verbunden sind, können Diffusoren oder andere Elemente angebunden werden, welche insbesondere die Zuleitung und Ableitung des Abgases in die Rohre hinein beziehungsweise aus den Rohren heraus begünstigen.Tube bottoms are advantageous in order to form a receptacle for the tubes and furthermore to achieve a limitation of the area through which the coolant flows in the housing. At the tube sheets, which are preferably fluid-tightly connected to the housing, diffusers or other elements can be connected, which in particular favor the supply and discharge of the exhaust gas into the tubes or out of the tubes out.

Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen und in der nachfolgenden Figurenbeschreibung beschrieben.Advantageous developments of the present invention are described in the subclaims and in the following description of the figures.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen detailliert erläutert. In den Zeichnungen zeigen:In the following the invention will be explained in detail by means of embodiments with reference to the drawings. In the drawings show:

1 zwei Schnittansichten eines Wärmeübertragers, wie er aus dem Stand der Technik bekannt ist, 1 two sectional views of a heat exchanger, as known from the prior art,

2 zwei Schnittansichten eines alternativ ausgestalteten Wärmeübertragers, wie er aus dem Stand der Technik bekannt ist, 2 two sectional views of an alternative designed heat exchanger, as known from the prior art,

3 zwei Schnittansichten eines Wärmeübertragers, wobei im Inneren des Gehäuses ein Bypass zum Hauptströmungsweg des Kühlmittels angeordnet ist, 3 two sectional views of a heat exchanger, wherein a bypass to the main flow path of the coolant is arranged in the interior of the housing,

4 zwei Schnittansichten eines Wärmeübertragers gemäß 3, wobei der Kühlmitteleinlass auf der gleichen Seite des Gehäuses angeordnet ist, wie der Kühlmittelauslass, 4 two sectional views of a heat exchanger according to 3 wherein the coolant inlet is arranged on the same side of the housing as the coolant outlet,

5 ein Diagramm, welches auf der X-Achse das Verhältnis der Querschnittsfläche des Bypasses im Verhältnis zu der gesamten vom Kühlmittel durchströmten Querschnittsfläche des Wärmeübertragers darstellt und auf der Y-Achse die prozentuale Reduktion des Kühlmittelbedarfs, und 5 a graph showing on the X-axis, the ratio of the cross-sectional area of the bypass relative to the total of the coolant flowed through the cross-sectional area of the heat exchanger and on the Y-axis, the percentage reduction of the coolant requirement, and

5 ein Diagramm, welches auf der X-Achse das Verhältnis der Querschnittsfläche des Bypasses im Verhältnis zu der gesamten vom Kühlmittel durchströmten Querschnittsfläche des Wärmeübertrages darstellt, wobei auf der Y-Achse der jeweils entstehende Druckverlust aufgetragen ist. 5 a diagram which represents on the X-axis, the ratio of the cross-sectional area of the bypass in relation to the total of the coolant flowed through the cross-sectional area of the heat transfer, wherein on the Y-axis, the resulting pressure loss is plotted.

Bevorzugte Ausführung der ErfindungPreferred embodiment of the invention

Die nachfolgenden 1 bis 4 zeigen jeweils zwei Ansichten eines Wärmeübertragers. Im linken Teil der Figuren ist jeweils eine Ansicht dargestellt, bei welcher die Rohre als Flächennormale zur Zeichnungsebene ausgerichtet sind. Der Blick des Betrachters ist entlang der Haupterstreckungsrichtung der Rohre gerichtet. Im rechten Teil der Figuren ist jeweils ein Längsschnitt durch den Wärmeübertrager dargestellt.The following 1 to 4 each show two views of a heat exchanger. In the left part of the figures, in each case a view is shown, in which the tubes are aligned as surface normal to the plane of the drawing. The observer's gaze is directed along the main extension direction of the tubes. In the right part of the figures, a longitudinal section through the heat exchanger is shown in each case.

Die 1 zeigt einen Wärmeübertrager 1, welcher ein Gehäuse 2 aufweist. Durch das Gehäuse 2 verlaufen mehrere Rohre 3. Die Rohre 3 ragen links und rechts über das Gehäuse 2 hinaus und sind endseitig vorzugsweise von Rohrböden aufgenommen, welche das Gehäuse 2 nach links und rechts abschließen.The 1 shows a heat exchanger 1 which is a housing 2 having. Through the housing 2 run several tubes 3 , The pipes 3 protrude left and right over the housing 2 in addition, and end are preferably received by tube plates, which the housing 2 complete left and right.

Die Rohre 3 können von einem Abgas durchströmt werden. Mit dem Bezugszeichen 4 ist die Einströmseite gekennzeichnet, von welcher Abgas in die Rohre einströmen kann. Am rechten Endbereich der Rohre 3 ist mit dem Bezugszeichen 7 die Ausströmseite gekennzeichnet. In alternativen Ausgestaltungen können an der Einströmseite und der Ausströmseite zusätzlich Diffusoren angeordnet sein, welche das Einströmen des Abgases in die Rohre hinein und das Ausströmen des Abgases aus den Rohren heraus unterstützt.The pipes 3 can be traversed by an exhaust gas. With the reference number 4 the inflow side is marked, from which exhaust gas can flow into the pipes. At the right end of the tubes 3 is with the reference numeral 7 the outflow side marked. In alternative embodiments, diffusers may additionally be arranged on the inflow side and the outflow side, which supports the inflow of the exhaust gas into the tubes and the outflow of the exhaust gas out of the tubes.

Das Gehäuse 2 weist rechts an der oben liegenden Wandung einen Kühlmitteleinlass 5 auf. Dieser kann beispielsweise durch eine Öffnung in der Gehäusewandung oder durch einen Anschlussstutzen gebildet sein. Durch den Kühlmitteleinlass 5 kann ein Kühlmittel in das Gehäuse 2 einströmen. Am linken Ende an der unteren Gehäusewandung ist ein Kühlmittelauslass 6 angeordnet, durch welchen das Kühlmittel aus dem Gehäuse 2 ausströmen kann. Das Gehäuse 2 wird von der rechten Seite vom Kühlmitteleinlass 5 hin zur linken Seite zum Kühlmittelauslass 6 mit Kühlmittel durchströmt. Die Rohre 3 werden hierbei von dem Kühlmittel umströmt, während sie von dem Abgas durchströmt werden.The housing 2 has a coolant inlet on the right side of the upper wall 5 on. This can be formed for example by an opening in the housing or by a connecting piece. Through the coolant inlet 5 can be a coolant in the housing 2 flow. At the left end on the lower housing wall is a coolant outlet 6 arranged, through which the coolant from the housing 2 can flow out. The housing 2 is from the right side of the coolant inlet 5 to the left side to the coolant outlet 6 flows through with coolant. The pipes 3 In this case, the coolant flows around while being flowed through by the exhaust gas.

Der Strömungsweg für das Kühlmittel im Inneren des Gehäuses 2 ist mit dem Bezugszeichen 8 gekennzeichnet.The flow path for the coolant inside the housing 2 is with the reference numeral 8th characterized.

Im linken Teil der 1 ist zu erkennen, dass das Kühlmittel von oben durch den Kühlmitteleinlass 5 in das Gehäuse 2 einströmt und nach unten durch den Kühlmittelauslass 6 aus dem Gehäuse 2 ausströmt. Die Hauptdurchströmungsrichtung des Abgases in den Rohren 3 und die Hauptdurchströmungsrichtung des Kühlmittels in dem Strömungsweg 8 innerhalb des Gehäuses sind gegensinnig zueinander im sogenannten Gegenstrom ausgebildet.In the left part of the 1 It can be seen that the coolant from above through the coolant inlet 5 in the case 2 flows in and down through the coolant outlet 6 out of the case 2 flows. The main flow direction of the exhaust gas in the pipes 3 and the main flow direction of the coolant in the flow path 8th within the housing are formed in opposite directions to each other in the so-called countercurrent.

Die Rohre 3 sind in drei Dreierreihen übereinander angeordnet, wobei sich jeweils zwischen den Rohren 3 und den Innenwandungen des Gehäuses 2 Spalte ergeben, welche von dem Kühlmittel durchströmt werden können. Die Anzahl und Anordnung der Rohre ist beispielshaft und kann in alternativen Ausführungen beliebig variiert werden.The pipes 3 are arranged in three rows of three on top of each other, each being between the tubes 3 and the inner walls of the housing 2 Column reveal which of the coolant can be flowed through. The number and arrangement of the tubes is exemplary and can be varied as desired in alternative embodiments.

Die 1 und die nachfolgende 2 stellen Wärmeübertrager dar, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt sind.The 1 and the following 2 represent heat exchangers, as known from the prior art.

2 zeigt einen Wärmeübertrager 1, wie er bereits in 1 gezeigt wurde. Im Unterschied zur 1 ist der Kühlmitteleinlass 9 nicht an der oberen Außenwandung des Gehäuses 2 angeordnet, sondern wie der Kühlmittelauslass 6 auch an der unteren Außenwandung. Dies ist auch im linken Teil der 2 zu erkennen. 2 shows a heat exchanger 1 as he is already in 1 was shown. In contrast to 1 is the coolant inlet 9 not on the upper outer wall of the housing 2 arranged, but like the coolant outlet 6 also on the lower outer wall. This is also in the left part of the 2 to recognize.

Der übrige Aufbau des Wärmeübertragers 1 der 2 stimmt mit dem Aufbau des Wärmeübertragers 1 der 1 überein. Für identische Elemente sind identische Bezugszeichen verwendet worden.The rest of the structure of the heat exchanger 1 of the 2 agrees with the structure of the heat exchanger 1 of the 1 match. For identical elements, identical reference numerals have been used.

3 zeigt eine Ansicht eines Wärmeübertragers 20. Ähnlich dem Wärmeübertrager 1 der 1 ist am rechten Endbereich an der oberen Außenwandung des Gehäuses 2 ein Kühlmitteleinlass 5 angeordnet und an der unteren Außenwandung am linken Endbereich ein Kühlmittelauslass 6. Das Gehäuse 2 weist im Inneren einen ersten Strömungsweg 22 auf und einen zweiten Strömungsweg 21. 3 shows a view of a heat exchanger 20 , Similar to the heat exchanger 1 of the 1 is at the right end area on the upper outer wall of the housing 2 a coolant inlet 5 arranged and at the lower outer wall at the left end of a coolant outlet 6 , The housing 2 has a first flow path inside 22 on and a second flow path 21 ,

Im zweiten Strömungsweg 21 sind die Rohre 3 angeordnet. Der erste Strömungsweg 22 kann, wie in den 3 und 4 dargestellt, durch einen Kanal 23 gebildet sein, welches oberhalb der Rohre 3 innerhalb des Gehäuses 2 angeordnet ist und eine räumliche Trennung des ersten Strömungsweges 22 vom zweiten Strömungsweg 21 erzeugt. Alternativ kann der erste Strömungsweg beispielsweise auch durch eine Wandung, welche zwischen zwei sich gegenüberliegenden Innenflächen des Gehäuses verläuft, vom zweiten Strömungsweg abgetrennt werden.In the second flow path 21 are the pipes 3 arranged. The first flow path 22 can, as in the 3 and 4 represented by a channel 23 be formed, which above the pipes 3 inside the case 2 is arranged and a spatial separation of the first flow path 22 from the second flow path 21 generated. Alternatively, the first flow path, for example, by a wall which extends between two opposite inner surfaces of the housing, are separated from the second flow path.

In der 3 ist zwischen dem Kanal 23 und dem Gehäuse 2 am rechten Endbereich des Gehäuses 2 ein Freiraum 24 und am linken Endbereich ein Freiraum 25 ausgebildet. Durch diese Freiräume 24, 25, welche durch eine Beabstandung des Kanalendes zur Gehäuseinnenwandung gebildet sind, kann Kühlmittel zwischen dem ersten Strömungsweg 22 und dem zweiten Strömungsweg 21 strömen.In the 3 is between the channel 23 and the housing 2 at the right end of the case 2 a free space 24 and at the left end a free space 25 educated. Through these open spaces 24 . 25 , which are formed by a spacing of the channel end to the housing inner wall, can coolant between the first flow path 22 and the second flow path 21 stream.

In einer alternativen Ausführung kann sich der Kanal, welcher den ersten Strömungsweg begrenzt, auch über die gesamte Länge des Gehäuses erstrecken. Dann weist der Kanal vorteilhafterweise Öffnungen in einer seiner Wandungen auf, welche ein Überströmen des Fluids zwischen den Strömungswegen erlauben. Weiterhin kann durch Öffnungen in den Wandungen auch eine Fluidkommunikation des Kanals mit dem Kühlmitteleinlass und dem Kühlmittelauslass erzeugt werden.In an alternative embodiment, the channel which delimits the first flow path can also extend over the entire length of the housing. Then, the channel advantageously has openings in one of its walls, which allow an overflow of the fluid between the flow paths. Furthermore, through openings in the walls also fluid communication of the channel with the coolant inlet and the coolant outlet can be generated.

3 zeigt, dass das Kühlmittel entlang des Kühlmitteleinlasses 5 in das Gehäuse 2 einströmt und dort vertikal nach unten in den zweiten Strömungsweg 21 strömt und auch in den ersten Strömungsweg 22 strömt. Das Kühlmittel im zweiten Strömungsweg 21 umströmt die Rohre 3, wodurch ein Wärmeübertrag zwischen dem in den Rohren 3 strömenden Abgas und dem Kühlmittel erzeugt wird. Das Kühlmittel im ersten Strömungsweg 22 strömt hingegen im Wesentlichen thermisch entkoppelt innerhalb des als Bypass fungierenden ersten Strömungsweges 22 nach links und tritt dort endseitig aus dem Kanal 23 aus. Das Kühlmittel aus dem ersten Strömungsweg 22 und dem zweiten Strömungsweg 21 strömt schließlich in einer Richtung quer zur Hauptdurchströmungsrichtung der Rohre 3 nach unten und durch den Kühlmittelauslass 5 aus dem Gehäuse 2 aus. 3 shows that the coolant along the coolant inlet 5 in the case 2 enters and there vertically down into the second flow path 21 flows and also in the first flow path 22 flows. The coolant in the second flow path 21 flows around the pipes 3 , whereby a heat transfer between in the tubes 3 flowing exhaust gas and the coolant is generated. The coolant in the first flow path 22 On the other hand, it flows essentially thermally decoupled within the first flow path which acts as a bypass 22 to the left and there comes out end of the channel 23 out. The coolant from the first flow path 22 and the second flow path 21 finally flows in a direction transverse to the main flow direction of the tubes 3 down and through the coolant outlet 5 out of the case 2 out.

Das Kühlmittel im ersten Strömungsweg 22 wird somit direkt an die Einströmseite 4 der Rohre 3 geleitet und nimmt dort die Wärme des Abgases auf. Da das durch den ersten Strömungsweg 22 geströmte Kühlmittel eine höhere Wärmeaufnahmekapazität aufweist als das Kühlmittel, welches bereits an den Rohren 3 entlang durch den zweiten Strömungsweg 21 geströmt ist, kann eine besonders gute Abkühlung an der Einströmseite 4 des Abgases erreicht werden.The coolant in the first flow path 22 is thus directly to the inflow side 4 the pipes 3 passed there and absorbs the heat of the exhaust gas. Because that through the first flow path 22 streamed coolant has a higher heat absorption capacity than the coolant, which already on the pipes 3 along the second flow path 21 has flowed, can be a particularly good cooling on the inflow side 4 the exhaust gas can be achieved.

Im linken Teil der 3 ist der rechteckige Querschnitt des Kanals 23, welcher den Bypass für das Kühlmittel bildet, zu erkennen. Der Kanal 23 ist oberhalb der Rohre 3 mit einem Abstand zu den Rohren 3 im Gehäuse 2 angeordnet. Weiterhin ist die Aufteilung des Gehäuses 2 in den ersten Strömungsweg 22 und den zweiten Strömungsweg 21 zu erkennen.In the left part of the 3 is the rectangular section of the canal 23 , which forms the bypass for the coolant to recognize. The channel 23 is above the pipes 3 with a distance to the pipes 3 in the case 2 arranged. Furthermore, the Distribution of the housing 2 in the first flow path 22 and the second flow path 21 to recognize.

Die Querschnittsfläche des Kanals 23 beziehungsweise des ersten Strömungsweges 22 ist mit A_B bezeichnet. Die gesamte innere Querschnittsfläche des Gehäuses 2, welche von dem Kühlmittel durchströmt wird, wird als A_T bezeichnet. Die Querschnittsfläche A_T ist durch die Querschnittsfläche des ersten Strömungsweges 22 und des zweiten Strömungsweges 21 abzüglich der Querschnittsfläche des Rohre 3 gebildet. Bevorzug ist das Verhältnis von A_B zu A_T zwischen 15% und 65%. Besonders bevorzugt liegt es dabei zwischen 30% und 50%. Die Vorteile eines solchen Verhältnisses werden in der nachfolgenden 5 näher erläutert.The cross-sectional area of the channel 23 or the first flow path 22 is designated A _B. The entire internal cross-sectional area of the housing 2 which flows through the coolant is referred to as A _T. The cross-sectional area A _T is through the cross-sectional area of the first flow path 22 and the second flow path 21 minus the cross-sectional area of the tubes 3 educated. Preferably, the ratio of A _B to A _{T is} between 15% and 65%. Particularly preferably, it is between 30% and 50%. The advantages of such a relationship are discussed below 5 explained in more detail.

4 zeigt eine alternative Ausführungsform des Wärmeübertragers 20, wobei der Kühlmitteleinlass 9 und der Kühlmittelauslass 6 an der unteren Außenwandung des Gehäuses 2 angeordnet sind. Der Wärmeübertrager 20 der 4 ist analog der 2 ausgeführt, wobei im Inneren des Gehäuses 2 ebenfalls ein Kanal 23 als Bypass für das Kühlmittel angeordnet ist. 4 shows an alternative embodiment of the heat exchanger 20 , wherein the coolant inlet 9 and the coolant outlet 6 on the lower outer wall of the housing 2 are arranged. The heat exchanger 20 of the 4 is analogous to 2 running inside the case 2 also a channel 23 is arranged as a bypass for the coolant.

Durch die unterschiedliche Anordnung des Kühlmitteleinlasses 9 wird auch die Durchströmung der Strömungswege 22, 21 beeinflusst. In 4 strömt das Kühlmittel durch den Kühlmitteleinlass 9 von unten in den zweiten Strömungsweg 21 und dort einerseits nach links und andererseits weiter nach oben und durch den Freiraum 24 in den erste Strömungsweg 22. Am Ende des Kanals 23 strömt das Kühlmittel im Bereich der Einströmseite 4 durch den Freiraum 25 an die Rohre 3, wodurch eine starke Kühlung der Rohre 3 erzeugt werden kann. Das Kühlmittel strömt schließlich über den Kühlmittelauslass 6 aus dem Gehäuse 2.Due to the different arrangement of the coolant inlet 9 is also the flow through the flow paths 22 . 21 affected. In 4 the coolant flows through the coolant inlet 9 from the bottom into the second flow path 21 and there on the one hand to the left and on the other hand up and through the open space 24 in the first flow path 22 , At the end of the canal 23 the coolant flows in the area of the inflow side 4 through the open space 25 to the pipes 3 , resulting in a strong cooling of the pipes 3 can be generated. The coolant finally flows over the coolant outlet 6 out of the case 2 ,

Im linken Teil der 4 ist die Anordnung des Kühlmitteleinlasses 9 und des Kühlmittelauslasses 6 an der unteren Außenwandung des Gehäuses 2 zu erkennen. Die beiden Querschnittsflächen A_B und A_T sind wie in der vorausgegangenen 3 ausgebildet.In the left part of the 4 is the location of the coolant inlet 9 and the coolant outlet 6 on the lower outer wall of the housing 2 to recognize. The two cross-sectional areas A _B and A _T are as in the previous 3 educated.

In den 3 und 4 weisen die Rohre 3 und der Kanal 23 einen rechteckförmigen Querschnitt auf. Dies ist besonders im Zusammenspiel mit dem ebenfalls rechteckförmigen Querschnitt des Gehäuses 2 vorteilhaft, um eine gleichmäßige Anordnung der Rohre 3 im Inneren des Gehäuses 2 zu erreichen. In alternativen Ausführungsformen können die Querschnittsformen der Rohre, des Kanals und des Gehäuses auch abweichen. Die in den 3 und 4 gezeigte Ausgestaltung ist beispielhaft und besitzt insbesondere hinsichtlich der Geometrie der einzelnen Elemente, der Materialwahl und der Anordnung der Elemente relativ zueinander keinen beschränkenden Charakter.In the 3 and 4 show the pipes 3 and the channel 23 a rectangular cross section. This is particularly in interaction with the also rectangular cross-section of the housing 2 advantageous to a uniform arrangement of the tubes 3 inside the case 2 to reach. In alternative embodiments, the cross-sectional shapes of the tubes, the channel and the housing may also differ. The in the 3 and 4 shown embodiment is exemplary and has in particular with regard to the geometry of the individual elements, the choice of materials and the arrangement of the elements relative to each other is not limiting character.

Die 5 zeigt ein Diagramm 30. Auf der X-Achse 31 ist das Verhältnis zwischen den Querschnittsflächen A_B und A_T in Prozent aufgetragen. Die X-Achse zeigt Verhältnisse von 0% im Schnittpunkt der Achsen 31, 32 und maximal 90%. Die Y-Achse 32 zeigt prozentual die Reduktion des Kühlmittelbedarfs zum Erreichen einer definierten Abgastemperatur. Die Y-Achse 32 zeigt Werte von 0% Kühlmittelreduktion am Schnittpunkt der Achsen 31, 32 bis zu maximal 35% Reduktion. Auf der Y-Achse 32 sind insbesondere keine absoluten Werte aufgetragen, sondern jeweils relative Werte für die einzelnen Wärmeübertrager 33 bis 36.The 5 shows a diagram 30 , On the X axis 31 the ratio between the cross-sectional areas A _B and A _{T is} plotted in percent. The X-axis shows ratios of 0% at the intersection of the axes 31 . 32 and a maximum of 90%. The Y-axis 32 shows a percentage of the reduction of the coolant requirement to achieve a defined exhaust gas temperature. The Y-axis 32 shows values of 0% coolant reduction at the intersection of the axes 31 . 32 up to a maximum of 35% reduction. On the Y axis 32 In particular, no absolute values are plotted, but in each case relative values for the individual heat exchangers 33 to 36 ,

In dem Diagramm 30 sind Messwerte für vier unterschiedliche Wärmeübertrager 33, 34, 35 und 36 für unterschiedliche Verhältnisse von A_B zu A_T dargestellt. Die Wärmeübertrager 33 bis 36 sind jeweils im Gegenstrom durchströmt. Weiterhin können sich die Wärmeübertrager 33 bis 36 jeweils durch weitere geometrische Gestaltungen unterscheiden. So können beispielsweise die Rohranzahl, der Querschnitt der Rohre, die Ausgestaltung der Innen- und Außenwände der Rohre oder die Beabstandung der Rohre zueinander variieren.In the diagram 30 are measured values for four different heat exchangers 33 . 34 . 35 and 36 represented for different ratios of A _B to A _T. The heat exchanger 33 to 36 are each flowed through in countercurrent. Furthermore, the heat exchanger can 33 to 36 each differ by further geometric designs. Thus, for example, the number of tubes, the cross section of the tubes, the configuration of the inner and outer walls of the tubes or the spacing of the tubes vary from each other.

Es ist zu erkennen, dass insbesondere bei einem Verhältnis von A_B zu A_T oberhalb von 15% und unterhalb von 65% die prozentuale Reduktion des Kühlmittelbedarfs erhöht ist im Vergleich zu den Verhältnissen von A_B zu A_T unterhalb von 15% und oberhalb von 65%. Das Verhältnis von 15% ist durch die gestrichelte Linie mit dem Bezugszeichen 50 markiert. Das Verhältnis von 65% ist mit der gestrichelten Linie mit dem Bezugszeichen 51 markiert.It can be seen that especially at a ratio of A _B to A _T above 15% and below 65%, the percentage reduction of the coolant requirement is increased in comparison to the ratios of A _B to A _T below 15% and above 65%. The ratio of 15% is indicated by the dashed line with the reference numeral 50 marked. The ratio of 65% is indicated by the dotted line 51 marked.

Insbesondere bei einem Verhältnis von A_B zu A_T im Bereich von 30% bis 50% ist die prozentuale Reduktion des Kühlmittelbedarfs besonders hoch. Das Verhältnis von 30% ist mit der gestrichelten Linie mit dem Bezugszeichen 52 markiert und das Verhältnis von 50% mit der gestrichelten Linie mit dem Bezugszeichen 53. Die Markierung der Verhältnisse 15%, 30%, 50% und 65% gilt mit denselben Bezugszeichen 50, 52, 53 und 51 auch für die nachfolgende 6.In particular, with a ratio of A _B to A _T in the range of 30% to 50%, the percentage reduction in the coolant requirement is particularly high. The ratio of 30% is indicated by the dotted line 52 marked and the ratio of 50% with the dashed line by the reference numeral 53 , The marking of the ratios 15%, 30%, 50% and 65% are the same reference numerals 50 . 52 . 53 and 51 also for the following 6 ,

Daraus folgt, dass bei einem Verhältnis der Querschnittsflächen von A_B zu A_T im Bereich von 30% bis 50% eine besonders starke Reduktion des Kühlmittelbedarfs für unterschiedliche Wärmeübertrager 33 bis 36 erreicht werden kann. Dies führt zu einem besonders effizienten Betrieb der jeweiligen Wärmeübertrager 33 bis 36 mit einem hohen thermodynamischen Wirkungsgrad.It follows that with a ratio of the cross-sectional areas of A _B to A _T in the range of 30% to 50%, a particularly strong reduction in the coolant requirement for different heat exchangers 33 to 36 can be achieved. This leads to a particularly efficient operation of the respective heat exchanger 33 to 36 with a high thermodynamic efficiency.

Die prozentuale Reduktion des Kühlmittelbedarfs für die einzelnen Wärmeübertrager 33 bis 36 folgt mit ansteigendem Verhältnis zwischen A_B und A_T einer kuppelförmigen nach oben gewölbten Kurve im Diagramm 30. Bei einem geringen Verhältnis von A_B zu A_T unterhalb von 15% ist die Kühlmittelreduktion besonders niedrig und nimmt hin zu einem Verhältnis zwischen 30% und 50% zu. Oberhalb von 50% nimmt die Kühlmittelreduktion schließlich wieder ab.The percentage reduction of the coolant requirement for the individual heat exchangers 33 to 36 follows with increasing relationship between A _B and A _{T of} a dome-shaped arched upwards Curve in the diagram 30 , With a low ratio of A _B to A _T below 15%, the coolant reduction is particularly low and increases to a ratio between 30% and 50%. Above 50%, the coolant reduction eventually decreases again.

6 zeigt ein Diagramm 40, wobei auf der X-Achse 41 das Verhältnis von A_B zu A_T in Prozent aufgetragen ist und auf der Y-Achse 42 der Druckverlust in Prozent. In dem Diagramm 40 sind ebenfalls Messwerte für vier Wärmeübertrager 33, 34, 35 und 36 dargestellt. Die X-Achse 41 bildet analog der X-Achse 31 der 5 einen Wertebereich von Verhältnissen von 0% im Schnittpunkt der Achsen 41, 42 und maximal 90% am rechten Ende der X-Achse 41 ab. Die Y-Achse 42 zeigt prozentual den jeweils am Wärmeübertrager 33 bis 36 entstehenden Druckverlust. Die Y-Achse 42 zeigt Werte von 0% Druckverlust am Schnittpunkt der Achsen 41, 42 bis zu maximal 120% Druckverlust am oberen Endbereich der Y-Achse 42. Die Y-Achse 42 zeigt insbesondere keine absoluten Werte, sondern über die prozentuale Darstellung relative Werte der einzelnen Wärmeübertrager 33 bis 36 zueinander. 6 shows a diagram 40 , being on the X axis 41 the ratio of A _B to A _{T is} plotted in percent and on the Y axis 42 the pressure loss in percent. In the diagram 40 are also measured values for four heat exchangers 33 . 34 . 35 and 36 shown. The X-axis 41 forms analogous to the X-axis 31 of the 5 a range of values of 0% at the intersection of the axes 41 . 42 and a maximum of 90% at the right end of the X-axis 41 from. The Y-axis 42 shows the percentage of the heat exchanger 33 to 36 resulting pressure loss. The Y-axis 42 shows values of 0% pressure loss at the intersection of the axes 41 . 42 up to a maximum of 120% pressure loss at the upper end of the Y-axis 42 , The Y-axis 42 shows in particular no absolute values, but on the percentage representation relative values of the individual heat exchangers 33 to 36 to each other.

Es ist zu erkennen, dass der Druckverlust in einem Bereich, in welchem das Verhältnis von A_B zu A_T zwischen 15% und 65% liegt, niedriger ist als oberhalb von 65% und unterhalb von 15%. Der Bereich, in welchem das Verhältnis von A_B zu A_T zwischen 30% und 50% liegt weist die niedrigsten Werte für den Druckverlust auf.It can be seen that the pressure loss in a range in which the ratio of A _B to A _{T is} between 15% and 65% is lower than above 65% and below 15%. The range in which the ratio of A _B to A _{T is} between 30% and 50% has the lowest values for the pressure loss.

Wärmeübertrager, welche ein Verhältnis der Querschnittsflächen von 15% bis 65% und dabei bevorzugt von 30% bis 50% aufweisen, sind daher besonders gut geeignet, um mit einem möglichst geringen Kühlmittelbedarf bei einem möglichst geringen Druckverlust einen hohen thermodynamischen Wirkungsgrad zu erzielen. Auch sind Wärmeübertrager dieser Art geeignet, um eine hohe Kühlleistung zu erzeugen.Heat exchangers, which have a ratio of the cross-sectional areas of 15% to 65% and preferably from 30% to 50%, are therefore particularly well suited to achieve a high thermodynamic efficiency with the lowest possible coolant requirement with the lowest possible pressure loss. Heat exchangers of this type are also suitable for generating a high cooling capacity.

Über das Verhältnis der Querschnittsflächen A_B zu A_T wird insbesondere die Dimension des Bypasses relativ zur gesamten vom Kühlmittel durchströmten Fläche bestimmt. Wie die Diagramme 30, 40 der 5 und 6 zeigen, ist bevorzugt ein Verhältnis von A_B zu A_T zwischen 30% und 50% zu erreichen, um einen möglichst hohen thermodynamischen Wirkungsgrad bei einem möglichst geringen Kühlmittelbedarf und einem möglichst geringen Druckverlust zu erreichen. Ein geringer Druckverlust ist vorteilhaft, da die zur Förderung des Kühlmittels benötigte Pumpleistung geringer ausfallen kann, wodurch die entsprechende Pumpe vorzugsweise kleiner dimensioniert werden kann.The ratio of the cross-sectional areas A _B to A _T , in particular, determines the dimension of the bypass relative to the total area through which the coolant flows. Like the diagrams 30 . 40 of the 5 and 6 show, it is preferable to achieve a ratio of A _B to A _T between 30% and 50%, in order to achieve the highest possible thermodynamic efficiency with the lowest possible coolant requirement and the lowest possible pressure loss. A low pressure loss is advantageous because the pumping power required to convey the coolant can be lower, whereby the corresponding pump can preferably be dimensioned smaller.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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DE 102006005246 A1 [0005]
DE 102009034723 A1 [0007]

Claims

Heat exchanger ( 20 ) for an exhaust system of a motor vehicle, with a housing ( 2 ) and with a plurality of tubes ( 3 ), which can be traversed by an exhaust gas and are flowed around by a coolant, wherein the tubes ( 3 ) within the housing ( 2 ) are arranged and the housing ( 2 ) a coolant inlet ( 5 . 9 ) and a coolant outlet ( 6 ), wherein the exhaust gas and the coolant in countercurrent to each other by the heat exchanger ( 20 ) are flowable, wherein the internal volume of the housing ( 2 ) in a first flow path ( 22 ) and a second flow path ( 21 ) and the pipes ( 3 ) within the second flow path ( 21 ), wherein the first flow path ( 22 ) a bypass to the second flow path ( 21 ), characterized in that the cross-sectional area (A _B ) of the first flow path ( 22 ) between 15% and 65%, preferably between 30% and 50%, of the total flowed through by the coolant cross-sectional area (A _T ) of the housing ( 2 ), wherein the total flowed through by the coolant cross-sectional area (A _T ) of the housing ( 2 ) through the cross-sectional area (A _B ) of the first flow path ( 22 ) and the cross-sectional area of the second flow path ( 21 ) minus that of the tubes ( 3 ) occupied cross-sectional area is formed.

Heat exchanger ( 20 ) according to claim 1, characterized in that the tubes ( 3 ) have a rectangular cross section, wherein the width of the cross section is in each case between 13 mm and 17 mm and the height is between 4 mm and 5 mm.

Heat exchanger ( 20 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the tubes ( 3 ) are spaced apart such that the central axes of the tubes ( 3 ) are spaced apart by 14.5 mm to 18.5 mm in width and spaced 5.5 mm to 6.5 mm apart in height.

Heat exchanger ( 20 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the first flow path ( 22 ) thermally isolated from the second flow path ( 21 ) and / or the housing ( 2 ) and / or the pipes ( 3 ) and / or the pipes ( 3 ) is circulating coolant.

Heat exchanger ( 20 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the coolant inlet ( 5 . 9 ) and the inflow side ( 4 ) of the exhaust gas in the main direction of extension of the tubes ( 3 ) at opposite end portions of the housing ( 2 ) are arranged.

Heat exchanger ( 20 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the tubes ( 3 ) have on their inner surface and / or on its outer surface turbulence generating means.

Heat exchanger ( 20 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the inflow direction and / or the outflow direction of the coolant in each case a normal to the main flow direction of the tubes ( 3 ).

Heat exchanger ( 20 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the first flow path ( 22 ) on one of the inner surfaces of the housing ( 2 ) is formed and by a wall of the second flow path ( 21 ) or through a channel ( 23 ) from the second flow path ( 21 ) is separated.

Heat exchanger ( 20 ) according to claim 8, characterized in that the wall has one or more openings, which in each case a coolant passage between the first flow path ( 22 ) and the second flow path ( 21 ) form.

Heat exchanger ( 20 ) according to claim 8, characterized in that the channel ( 23 ) a shorter extension along the main extension direction of the tubes ( 3 ) than the interior of the housing ( 2 ), wherein the open end portions of the channel ( 23 ) freely in the inner volume of the housing ( 2 ).

Heat exchanger ( 20 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the coolant from the coolant inlet ( 5 . 9 ) through the first flow path ( 22 ) in the second flow path ( 21 ) and / or that the coolant from the first flow path ( 22 ) through the second flow path ( 21 ) to the coolant outlet ( 6 ) is flowable.