DE102015203470A1 - Heat exchanger, in particular for a motor vehicle - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher (1), insbesondere für ein Kraftfahrzeug, – mit einem einen Gehäuseinnenraum (2) begrenzenden Gehäuse (3) wobei der Gehäuseinnenraum einen ersten Fluidkanal (5a) zum Durchströmen mit einem ersten Fluid (F) ausbildet, – mit einer Mehrzahl von Kanalelementen (6), welche im Gehäuseinnenraum (2) benachbart zueinander angeordnet sind, wobei jedes Kanalelement (6) ein Kanalgehäuse (7) umfasst, welches jeweils einen Kanalinnenraum (8) begrenzt, der einen fluidisch vom ersten Fluidkanal (F1; F1‘) getrennten, zweiten Fluidkanal (5b; 5b‘) zum Durchströmen mit einem zweiten Fluid (F2) ausbildet, – wobei jedes Kanalelement (6) sich entlang einer axialen Richtung (A) erstreckt, so dass das jeweilige Kanalgehäuse (9; 9‘) entlang der axialen Richtung (A) vom zweiten Fluid (F2) durchströmbar ist, – wobei die Kanalelemente (6) unter Ausbildung wenigstens einer Kanalzeile (9) entlang einer orthogonal zur axialen Richtung (A) verlaufenden Zeilenrichtung (Z) benachbart zueinander angeordnet sind.The invention relates to a heat exchanger (1), in particular for a motor vehicle, having a housing (3) delimiting a housing interior (2), wherein the housing interior forms a first fluid channel (5a) for flowing through with a first fluid (F), A plurality of channel elements (6), which are arranged adjacent to each other in the housing interior (2), wherein each channel element (6) comprises a channel housing (7) each defining a channel interior (8), one fluidically from the first fluid channel (F1; F1 5b; 5b ') for flowing through with a second fluid (F2), - each channel element (6) extending along an axial direction (A), so that the respective channel housing (9; 9' ) can be traversed along the axial direction (A) of the second fluid (F2), - wherein the channel elements (6) to form at least one channel line (9) along an orthogonal to the axial direction (A) extending Row direction (Z) are arranged adjacent to each other.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, insbesondere für ein Kraftfahrzeug.The present invention relates to a heat exchanger, in particular for a motor vehicle.
Als Wärmetauscher oder Wärmeübertrager wird gemeinhin eine Vorrichtung bezeichnet, die Wärme von einem Stoffstrom auf einen anderen Stoffstrom überträgt. Wärmetauscher kommen beispielsweise in Kraftfahrzeugen zum Einsatz, um in einer mit der Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeugs zusammenwirkenden Frischluftanlage die mittels eines Abgasturboladers aufgeladene Frischluft zu kühlen. Hierzu wird die zu kühlende Frischluft in den Wärmetauscher eingeleitet, wo sie thermisch mit einem ebenfalls in den Wärmetauscher eingeleiteten Kühlmittel wechselwirkt und auf diese Weise Wärme an das Kühlmittel abgibt.As a heat exchanger or heat exchanger is commonly referred to a device that transfers heat from one stream to another stream. Heat exchangers are used, for example, in motor vehicles to cool the fresh air charged by means of an exhaust-gas turbocharger in a fresh-air system interacting with the internal combustion engine of the motor vehicle. For this purpose, the fresh air to be cooled is introduced into the heat exchanger, where it interacts thermally with a likewise introduced into the heat exchanger coolant and emits heat in this way to the coolant.
Ein derartiger Wärmetauscher kann beispielsweise als Plattenwärmetauscher ausgestaltet sein und mehrere Platten-Anordnungen mit jeweils einem Plattenpaar aufweisen, die in einer Stapelrichtung aufeinander gestapelt sind, wobei zwischen den Platten eines Plattenpaars ein Frischluft-Pfad ausgebildet wird, durch den die zu kühlende Frischluft geführt wird. Zwischen zwei Platten-Anordnungen, also in einem zwischen zwei benachbarten Plattenpaaren ausgebildeten Zwischenraum, kann fluidisch getrennt von der zu kühlenden Frischluft das bereits genannte Kühlmittel geführt werden, welches durch die Platten der Platten-Anordnung in thermische Wechselwirkung mit der zu kühlenden Frischluft gesetzt werden kann. Zur Verbesserung des Wärmeaustauschs können zwischen benachbarten Platten-Anordnungen Rippenstrukturen vorgesehen werden, welche die für die thermische Wechselwirkung zur Verfügung stehende Wechselwirkungsfläche der Platten erhöhen. Derartige Konstruktionen sind dem einschlägigen Fachmann unter dem Begriff „Rippe-Rohr-Wärmetauscher“ bekannt.Such a heat exchanger may be configured, for example, as a plate heat exchanger and having a plurality of plate assemblies each having a pair of plates stacked in a stacking direction, wherein between the plates of a pair of plates a fresh air path is formed through which the fresh air to be cooled is passed. Between two plate arrangements, that is, in a gap formed between two adjacent plate pairs, the aforementioned coolant can be fluidically separated from the fresh air to be cooled, which can be set in thermal interaction with the fresh air to be cooled by the plates of the plate arrangement , To improve the heat exchange, rib structures may be provided between adjacent plate assemblies which increase the interaction area of the plates available for thermal interaction. Such constructions are known to those skilled in the art by the term "fin-tube heat exchanger".
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bei der Entwicklung von Wärmetauschern, insbesondere von Kraftfahrzeugen, neue Wege aufzuzeigen.It is an object of the present invention to discover new ways in the development of heat exchangers, in particular of motor vehicles.
Diese Aufgabe wird durch einen Wärmetauscher gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.This object is achieved by a heat exchanger according to
Ein erfindungsgemäßer Wärmetauscher umfasst ein einen Gehäuseinnenraum begrenzendes Gehäuse, wobei der Gehäuseinnenraum einen ersten Fluidkanal zum Durchströmen mit einem ersten Fluid ausbildet. Dieses erste Fluid kann ein Kühlmittel sein, welches zum Kühlen der in einer Frischluftanlage einer Brennkraftmaschine aufgeladenen Frischluft – in Fachkreisen auch als Ladeluft bezeichnet – dient. In dem durch den Gehäuseinnenraum ausgebildeten ersten Fluidkanal ist erfindungsgemäß eine Mehrzahl von Kanalelementen vorgesehen, die benachbart zueinander angeordnet sind. Jedes Kanalelement umfasst dabei ein Kanalgehäuse, welches einen jeweiligen Kanalinnenraum begrenzt. Jeder Kanalinnenraum bildet einen fluidisch vom ersten Fluidkanal getrennten, zweiten Fluidkanal zum Durchströmen mit einem zweiten Fluid. Durch den zweiten Fluidkanal kann die zu kühlende Ladeluft geleitet werden. A heat exchanger according to the invention comprises a housing bounding a housing interior, wherein the housing interior forms a first fluid channel for flowing through with a first fluid. This first fluid may be a coolant, which is used for cooling the fresh air charged in a fresh air system of an internal combustion engine - also referred to as charge air in professional circles. In the first fluid channel formed by the housing interior, a plurality of channel elements are provided according to the invention, which are arranged adjacent to one another. Each channel element in this case comprises a channel housing, which limits a respective channel interior. Each channel interior forms a second fluid channel which is fluidically separated from the first fluid channel and flows through with a second fluid. Through the second fluid channel, the charge air to be cooled can be passed.
Jedes Kanalelement erstreckt sich erfindungsgemäß entlang einer axialen Richtung, so dass das jeweilige Kanalgehäuse entlang der axialen Richtung vom zweiten Fluid durchströmbar ist. Dabei sind die Kanalelemente erfindungsgemäß unter Ausbildung wenigstens einer Kanalzeile entlang einer orthogonal zur axialen Richtung verlaufenden Zeilenrichtung benachbart zueinander angeordnet. Es versteht sich, dass mehrere Kanalzeilen gebildet werden können, die sich dann alle jeweils in Zeilenrichtung erstrecken. Each channel element extends according to the invention along an axial direction, so that the respective channel housing can be flowed through by the second fluid along the axial direction. In this case, according to the invention, the channel elements are arranged adjacent to one another, forming at least one channel line along a line direction orthogonal to the axial direction. It is understood that several channel lines can be formed, which then all extend in the row direction.
Die hier vorgestellte, erfindungsgemäße Anordnung der einzelnen Kanalelemente führt dazu, dass die Kanalgehäuse der Kanalelemente auf vorteilhafte Weise nahezu vollständig vom ersten Fluid, also vorzugsweise vom Kühlmittel, umströmt werden können. Dies führt zu einer gegenüber herkömmlichen Wärmetauschern verbesserten thermischen Wechselwirkung mit dem durch die einzelnen Kanalelemente strömenden zweiten Fluids, also vorzugsweise der zu kühlenden Luft. Im Ergebnis führt dies zu einem Wärmetauscher mit verbesserter Effizienz. Dem Fachmann ist in diesem Zusammenhang klar, dass das zweite Fluid besagtes Kühlmittel und das erste Fluid die zu kühlende Ladeluft sein kann.The here presented, inventive arrangement of the individual channel elements causes the channel housing of the channel elements in an advantageous manner almost completely from the first fluid, so preferably from the coolant, can flow around. This leads to a comparison with conventional heat exchangers improved thermal interaction with the flowing through the individual channel elements second fluid, so preferably the air to be cooled. As a result, this leads to a heat exchanger with improved efficiency. It is clear to the person skilled in the art that the second fluid can be said coolant and the first fluid can be the charge air to be cooled.
Darüber hinaus ist der hier vorgestellte Wärmetauscher konstruktiv einfach aufgebaut, was zu erheblichen Kostenvorteilen bei der Herstellung führen kann. Dies gilt insbesondere für vorteilhafte Weiterbildungen mit mehreren Kanalzeilen.In addition, the presented here heat exchanger is structurally simple, which can lead to significant cost advantages in the production. This is especially true for advantageous developments with multiple channel lines.
In einer vorteilhaften Ausführungsform können wenigstens die Kanalelemente und das Gehäuse des Wärmetauschers mittels eines additiven Herstellungsverfahrens hergestellt sein. Besonders bevorzugt ist der gesamte Wärmetauscher mittels eines solchen additiven Herstellungsverfahrens hergestellt. Vom dem Begriff "additives Herstellungsverfahren" sind vorliegend alle Herstellungsverfahren umfasst, welche das Bauteil unmittelbar aus einem Computermodell heraus schichtweise aufbauen. Derartige Herstellungsverfahren sind auch unter dem Begriff "Rapid Forming" bekannt. Unter dem Begriff "Rapid Forming" seinen insbesondere Produktionsverfahren zur schnellen und flexiblen Herstellung von Bauteilen mittels werkzeugloser Fertigung direkt aus CAD-Daten gefasst. In an advantageous embodiment, at least the channel elements and the housing of the heat exchanger can be produced by means of an additive manufacturing method. Particularly preferably, the entire heat exchanger is produced by means of such an additive manufacturing method. The term "additive manufacturing process" in the present case includes all manufacturing processes which build up the building component directly from a computer model. Such production processes are also known by the term "rapid forming". Under the term "Rapid Forming" his particular production process for fast and flexible production of components by tool-free production directly from CAD data taken.
Die Verwendung eines additiven Herstellungsverfahrens ermöglicht die Herstellung des erfindungsgemäßen Wärmetauschers ohne bauteilspezifische Investitionsmittel, wie z.B. Werkzeugformen o.ä. und nahezu ohne geometrische Einschränkungen. Mittels des additiven Herstellungsverfahrens ist es insbesondere möglich, die Gestaltung des Wärmetauschers funktionsgebunden und nicht mehr werkzeuggebunden zu konstruieren. Damit können die einzelnen Bauteile des Wärmetauschers wie etwa die Kanalgehäuse der einzelnen Kanalelemente sowie deren Schnittstellen zu anderen Bauteilen einschließlich Dichtungselementen durch den Entfall von Kleinteilen stark vereinfacht werden. The use of an additive manufacturing method allows the production of the heat exchanger according to the invention without component-specific investment means, such as tool molds or the like. and almost no geometric restrictions. By means of the additive manufacturing method, it is in particular possible to construct the design of the heat exchanger function bound and no longer tool-bound. Thus, the individual components of the heat exchanger such as the channel housing of the individual channel elements and their interfaces with other components including sealing elements can be greatly simplified by the elimination of small parts.
Alternativ oder zusätzlich kann der Wärmetauscher einstückig ausgebildet sein. Eine solche, einstückige Ausbildung bildet sich insbesondere bei Verwendung des vorangehend vorgestellten additiven Herstellungsverfahrens, insbesondere des Laserschmelzens, an. Bei einer einstückigen Ausbildung des Wärmetauschers entfällt das sehr aufwändige und somit kostenintensive Befestigen der einzelnen Komponenten des Wärmetauschers aneinander. Alternatively or additionally, the heat exchanger may be integrally formed. Such a one-piece design is formed in particular when using the above-proposed additive manufacturing process, in particular laser melting. In a one-piece design of the heat exchanger eliminates the very costly and therefore costly attaching the individual components of the heat exchanger together.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform kann das additive Herstellungsverfahren Laserschmelzen umfassen. Dies bedeutet, dass zum Herstellen von Kanalelementen und Gehäuse, vorzugsweise zum Herstellen des gesamten Wärmetauschers, ein Laserschmelzverfahren zur Anwendung kommt. Mittels eines solchen Verfahrens können die Komponenten des Wärmetauschers direkt aus 3D-CAD-Daten hergestellt werden. Grundsätzlich werden die Bauteile des Wärmetauschers auch beim Laserschmelzen werkzeuglos und schichtweise auf Basis des dem Wärmetauscher zugeordneten dreidimensionalen CAD-Modells gefertigt.In a particularly preferred embodiment, the additive manufacturing process may include laser melting. This means that a laser melting process is used for producing channel elements and housings, preferably for producing the entire heat exchanger. By means of such a method, the components of the heat exchanger can be made directly from 3D CAD data. In principle, the components of the heat exchanger are also produced without tools during the laser melting and in layers on the basis of the three-dimensional CAD model assigned to the heat exchanger.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind wenigstens zwei im Abstand zueinander angeordnete Kanalzeilen mit jeweils wenigstens zwei Kanalelementen vorgesehen, wobei die wenigstens zwei Kanalzeilen insbesondere entlang einer orthogonal zur axialen Richtung und zur Zeilenrichtung verlaufenden Stapelrichtung im Abstand zueinander angeordnet sein können. Der sich zwischen zwei Kanalzeilen bildende Zwischenraum ist Teil des ersten Fluidkanals und kann somit vom ersten Fluid durchströmt werden. Eine solche Geometrie erlaubt es, auf Bauraum sparende Weise eine Vielzahl von Kanalelementen bereitzustellen und im Gehäuseinnenraum des Gehäuses anzuordnen. Insbesondere lässt sich auf diese Weise – ähnlich einem herkömmlichen Rippe-Rohr-Wärmetauscher – ein Wärmetauscher in Flachbauweise realisieren. Die Anzahl von Kanalelementen pro Kanalzeile sowie die Anzahl der bereitgestellten Kanalzeilen lässt sich dabei vom Fachmann anwendungsspezifisch auf flexible Weise festlegen.In an advantageous embodiment of the invention, at least two mutually spaced channel rows are provided, each with at least two channel elements, wherein the at least two channel rows can be arranged in particular along a direction orthogonal to the axial direction and the row direction stacking direction at a distance. The intermediate space forming between two channel lines is part of the first fluid channel and can thus be flowed through by the first fluid. Such a geometry makes it possible to provide space-saving manner a plurality of channel elements and to arrange in the housing interior of the housing. In particular, can be realized in this way - similar to a conventional fin-tube heat exchanger - a heat exchanger in flat design. The number of channel elements per channel line as well as the number of provided channel lines can be defined by the skilled person application-specific in a flexible manner.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind wenigstens zwei in Zeilenrichtung benachbarte Kanalelemente einer Kanalzeile im Abstand zueinander angeordnet, so dass ein zwischen zwei benachbarten Kanalelementen gebildeter Zwischenraum Teil des ersten Fluidkanals ist. Das heißt, der sich ausbildende Zwischenraum kann vom ersten Fluid durchströmt werden. Diese Maßnahme hat eine verbesserte Umströmung der einzelnen Kanalgehäuse mit dem ersten Fluid zur Folge. Besonders bevorzugt sind alle Kanalelemente einer Kanalzeile im Abstand zueinander angeordnet. Auf diese Weise wird die eine maximale Umströmung der einzelnen Kanalelemente erreicht.In a particularly preferred embodiment, at least two adjacent in the row direction channel elements of a channel line are arranged at a distance to each other, so that an intermediate space formed between two adjacent channel elements is part of the first fluid channel. That is, the forming intermediate space can be traversed by the first fluid. This measure has an improved flow around the individual channel housing with the first fluid result. Particularly preferably, all the channel elements of a channel line are arranged at a distance from each other. In this way, the maximum flow around the individual channel elements is achieved.
Unter geometrischen Aspekten als besonders vorteilhaft erweist sich eine Ausführungsform, bei welcher das Kanalgehäuse in einem Querschnitt senkrecht zur axialen Richtung mit einer ersten Gehäusewand und eine der ersten Gehäusewand im Wesentlichen parallel gegenüberliegenden zweiten Gehäusewand versehen wird. Dabei weist die erste Gehäusewand im Querschnitt eine erste Wandlänge auf, die größer ist als eine Wandlänge der zweiten Gehäusewand. In dieser Ausführungsform werden die erste und zweite Gehäusewand durch eine dritte Gehäusewand und eine der dritten Gehäusewand gegenüberliegende, vierte Gehäusewand zum Kanalgehäuse komplettiert. Die dritte und vierte Gehäusewand sind im Querschnitt senkrecht zur axialen Richtung unter einem spitzen Winkel zueinander angeordnet. Eine solche Geometrie ermöglicht eine platzsparende Anordnung der einzelnen Kanalelemente einer Kanalzeile zueinander bei gleichzeitiger Ausbildung eines Zwischenraums zwischen zwei in Zeilenrichtung benachbarten Kanalelementen. Gleichzeitig könne die zwischen den einzelnen Kanalelementen erforderliche Fügeflächen, insbesondere Lötflächen, um benachbarte Kanalelemente aneinander zu befestigen, auf ein Minimum reduziert werden. In geometric aspects, an embodiment in which the channel housing is provided in a cross section perpendicular to the axial direction with a first housing wall and one of the first housing wall substantially parallel opposite the second housing wall proves to be particularly advantageous. In this case, the first housing wall in cross section has a first wall length, which is greater than a wall length of the second housing wall. In this embodiment, the first and second housing wall are completed by a third housing wall and a third housing wall opposite, fourth housing wall to the channel housing. The third and fourth housing wall are arranged in cross-section perpendicular to the axial direction at an acute angle to each other. Such a geometry allows a space-saving arrangement of the individual channel elements of a channel line to each other while forming a gap between two channel elements adjacent in the row direction. At the same time, the joining surfaces required between the individual channel elements, in particular soldering surfaces, in order to fasten adjacent channel elements to one another, can be reduced to a minimum.
Besonders zweckmäßig kann im Querschnitt senkrecht zur axialen Richtung eine Wandlänge der dritten Gehäusewand im Wesentlichen gleich der Wandlänge der vierten Gehäusewand sein. Die damit verbundene Geometrie des Kanalgehäuses eines jeweiligen Kanalelements führt zu verbesserten Strömungseigenschaften des das Kanalgehäuse umströmenden ersten Fluids.Particularly expedient may be in cross-section perpendicular to the axial direction, a wall length of the third housing wall substantially equal to the wall length of the fourth housing wall. The associated geometry of the channel housing of a respective channel element leads to improved flow characteristics of the first fluid flowing around the channel housing.
Eine besonders Bauraum sparende Anordnung der Kanalelemente einer bestimmten Kanalzeile lässt sich erzielen, wenn zwei in Zeilenrichtung benachbarte Kanalelemente im Querschnitt senkrecht zur axialen Achse um 180° verdreht zueinander angeordnet sind.A particularly space-saving arrangement of the channel elements of a particular channel line can be achieved if two channel elements adjacent in the row direction are arranged in cross-section perpendicular to the axial axis rotated by 180 ° to each other.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Wärmetauschers weist eine vom Kanalinnenraum abgewandte Außenseite der ersten und/oder zweiten Gehäusewand des Kanalgehäuses im Querschnitt senkrecht zur axialen Achse eine abgerundete Randkontur auf. Auf diese Weise lassen sich Strömungsleitkonturen ausbilden, die eine besonders gleichmäßige und somit vorteilhafte Umströmung der Kanalelemente von dem durch den ersten Fluidkanal strömenden ersten Fluid bewirken.In an advantageous embodiment of the heat exchanger according to the invention, one of Channel interior remote from the outside of the first and / or second housing wall of the channel housing in cross-section perpendicular to the axial axis a rounded edge contour. In this way, flow guidance contours can be formed which bring about a particularly uniform and thus advantageous flow around the channel elements of the first fluid flowing through the first fluid channel.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform liegt die dritte Gehäusewand eines Kanalelements der vierten Gehäusewand eines in der Zeilenrichtung benachbarten Kanalelements derselben Kanalzeile gegenüber. Alternativ oder zusätzlich liegt die vierte Gehäusewand eines Kanalelements der dritten Gehäusewand eines entgegen der Zeilenrichtung benachbarten Kanalelements gegenüber. Mittels dieser Maßnahmen kann der gewünschte zwischen zwei in Zeilenrichtung benachbarten Kanalelementen Zwischenraum konstruktiv auf besonders einfache Weise verwirklicht werden.In a further preferred embodiment, the third housing wall of a channel element of the fourth housing wall of an adjacent in the row direction channel element of the same channel line is opposite. Alternatively or additionally, the fourth housing wall of a channel element of the third housing wall of a counter to the row direction adjacent channel element is opposite. By means of these measures, the desired gap between two adjacent in the row direction channel elements space can be realized constructively in a particularly simple manner.
Besonders bevorzugt sind die dritte und die vierte Gehäusewand im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet, so dass der zwischen den Gehäusewänden gebildete Zwischenraum im Querschnitt senkrecht zur axialen Richtung einen im Wesentlichen konstanten Durchmesser aufweist. Dies führt zu einer verbesserten Umströmung der Kanalgehäuse der Kanalelemente mit dem ersten Fluid. Besagter Durchmesser kann dabei vorzugsweise in einer Richtung gemessen werden, welche senkrecht zu einer durch die Gehäusewände definierten Wandebene verläuft.Particularly preferably, the third and the fourth housing wall are arranged substantially parallel to each other, so that the intermediate space formed between the housing walls in cross-section perpendicular to the axial direction has a substantially constant diameter. This leads to an improved flow around the channel housing of the channel elements with the first fluid. Said diameter can be measured preferably in a direction which is perpendicular to a wall plane defined by the housing walls.
In einer zu den vorangehend erläuterten Ausführungsformen alternativen, bevorzugten Ausführungsform kann das Kanalgehäuse eines jeweiligen Kanalelements im Querschnitt senkrecht zur axialen Richtung eine wabenartige Geometrie aufweisen. Eine solche wabenartige Geometrie kann besonders bevorzugt durch Ausbildung eines gleichmäßigen Sechsecks mit sechs Wandabschnitten realisiert werden. Eine wabenartige Geometrie der Kanalelemente erlaubt die Ausbildung des Wärmetauschers mit besonders hoher Steifigkeit.In an alternative preferred embodiment to the above-explained embodiments, the channel housing of a respective channel element may have a honeycomb-like geometry in cross-section perpendicular to the axial direction. Such a honeycomb-like geometry can be realized particularly preferably by forming a uniform hexagon with six wall sections. A honeycomb-like geometry of the channel elements allows the formation of the heat exchanger with particularly high rigidity.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung ist jedes Kanalelement unter Ausbildung eines jeweiligen Zwischenraums benachbart zu wenigstens drei weiteren Kanalelementen angeordnet. Ein jeder dieser Zwischenräume kann dann als Teil des ersten Fluidkanals vom ersten Fluid durchströmt werden. Der Zwischenraum zwischen zwei benachbarten Kanalelementen wird dabei durch zwei sich gegenüberliegende Wandabschnitte der beiden Kanalelemente begrenzt. Dies ermöglicht die Anordnung einer Vielzahl von Kanalelementen auch auf räumlich begrenztem Bauraum.In an advantageous development of each channel element is arranged to form a respective intermediate space adjacent to at least three further channel elements. Each of these intermediate spaces can then be traversed by the first fluid as part of the first fluid channel. The intermediate space between two adjacent channel elements is bounded by two opposing wall sections of the two channel elements. This allows the arrangement of a plurality of channel elements even in a space limited space.
Besonders bevorzugt können die beiden einen Zwischenraum zwischen zwei benachbarten Kanalelementen ausbildenden Wandabschnitte im Querschnitt senkrecht zur axialen Richtung im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet werden. Diese Maßnahme bewirkt, dass der Zwischenraum im Querschnitt im Wesentlichen einen konstanten Durchmesser aufweist, was zu verbesserten Strömungseigenschaften des ersten Fluids, in der Folge zu einer verbesserten thermischen Wechselwirkung zwischen den beiden Fluiden und somit letztlich zu einer verbesserten Effizienz des Wärmetauschers führt.Particularly preferably, the two wall sections forming a gap between two adjacent channel elements can be arranged substantially parallel to one another in cross-section perpendicular to the axial direction. This measure has the effect that the intermediate space in the cross section has a substantially constant diameter, which leads to improved flow properties of the first fluid, as a result to an improved thermal interaction between the two fluids and thus ultimately to an improved efficiency of the heat exchanger.
Eine besonders hohe Effizienzverbesserung kann im erfindungsgemäßen Wärmetauscher erzielt werden, indem im Querschnitt senkrecht zur axialen Richtung alle zwischen zwei benachbarten Kanalelementen gebildeten Zwischenräume mit einem im Wesentlichen denselben Durchmesser versehen werden.A particularly high efficiency improvement can be achieved in the heat exchanger according to the invention by providing in cross-section perpendicular to the axial direction all intermediate spaces formed between two adjacent channel elements with a substantially same diameter.
Besonders zweckmäßig können die Kanalelemente derart im Gehäuseinnenraum angeordnet werden, dass jedem der sechs Wandabschnitte eines beliebigen Kanalelements entweder ein Wandabschnitt eines benachbarten Kanalelements oder die erste oder zweite Gehäusewand des Gehäuses des Wärmetauschers, jeweils unter Ausbildung eines Zwischenraums, gegenüberliegt. Dies erlaubt die Anordnung einer besonders hohen Anzahl von Kanalelementen im Gehäuseinnenraum des Gehäuses.Particularly expedient, the channel elements can be arranged in the housing interior such that each of the six wall sections of any channel element either a wall portion of an adjacent channel member or the first or second housing wall of the housing of the heat exchanger, each with the formation of a gap opposite. This allows the arrangement of a particularly high number of channel elements in the housing interior of the housing.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann die erste Gehäusewand des Gehäuses derart ausgebildet sein, dass sie im Querschnitt senkrecht zur axialen Richtung einer Randkontur, die durch die der ersten Gehäusewand benachbarten Kanalelemente vorgegeben ist, folgt. Alternativ oder zusätzlich kann die zweite Gehäusewand derart ausgebildet sein, dass im Querschnitt senkrecht zur axialen Richtung einer Randkontur, die durch die der zweiten Gehäusewand benachbarten Kanalelemente definiert wird, folgt. Beide Maßnahmen, für sich genommen oder in Kombination, führen zu einem erheblich reduzierten Bedarf an Bauraum für den erfindungsgemäßen Wärmetauscher.In a further preferred embodiment, the first housing wall of the housing may be formed such that it follows in cross section perpendicular to the axial direction of an edge contour which is predetermined by the channel elements adjacent to the first housing wall. Alternatively or additionally, the second housing wall may be formed such that in cross-section perpendicular to the axial direction of an edge contour, which is defined by the second housing wall adjacent channel elements follows. Both measures, taken alone or in combination, lead to a considerably reduced need for space for the heat exchanger according to the invention.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann in wenigstens einem zwischen zwei benachbarten Kanalzeilen gebildeten Zwischenraum ein Strömungsleitelement vorgesehen sein. Mittels eines solchen Strömungsleitelements kann bewirkt werden, dass das durch den Zwischenraum strömende erste Fluid wenigstens teilweise in die zwischen zwei benachbarten Kanalelementen gebildeten Zwischenräume abgelenkt wird.In a preferred embodiment, a flow-guiding element can be provided in at least one intermediate space formed between two adjacent channel lines. By means of such a flow guiding element, it can be ensured that the first fluid flowing through the intermediate space is at least partially deflected into the intermediate spaces formed between two adjacent channel elements.
In einer vorteilhaften Weiterbildung kann besagtes Strömungsleitelement derart ausgebildet sein, dass es den zwischen zwei Kanalzeilen gebildeten Zwischenraum in Zeilenrichtung in einen ersten Kanalabschnitt und einen von diesem ersten Kanalabschnitt fluidisch getrennten zweiten Kanalabschnitt unterteilt. Dies hat zur Folge, dass das durch den Zwischenraum zwischen zwei Kanalzeilen strömende erste Fluid nicht nur teilweise, sondern vollständig in die zwischen zwei benachbarten Kanalelementen gebildeten Zwischenräume abgelenkt wird. Dies führt zu einer verbesserten Umströmung der Kanalelemente.In an advantageous development, said flow guide element can be designed in such a way that that it subdivides the interspace formed between two channel lines in the row direction into a first channel section and a second channel section which is fluidically separated from this first channel section. As a result, the first fluid flowing through the gap between two channel lines is deflected not only partially but completely into the spaces formed between two adjacent channel elements. This leads to an improved flow around the channel elements.
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 Komponenten 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 schematischIt show, each schematically
Entsprechend
Wie die
Betrachtet man die Kanalelemente
Nachfolgend wird anhand der
Die dritte und vierte Gehäusewand
An den beiden in Zeilenrichtung Z endseitigen Kanalelemente
Wie
Betrachtet man nun wieder die Darstellung der
Optional kann eines oder mehrere der Strömungsleitelemente
Die Kanalelemente
In einer besonders bevorzugten Variante kann das additive Herstellungsverfahren Laserschmelzen umfassen. Mittels Laserschmelzen können die Komponenten des Wärmetauschers
In
Auch die Kanalelemente
Wie
Anhand der Detaildarstellung der
Auch die Kanalelemente
Es versteht sich, dass in den vorangehend erläuterten Figuren nur die wesentlichen Komponenten des erfindungsgemäßen Wärmetauschers
Der Wärmetauscher
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