DE112015005686T5 - heat exchangers - Google Patents
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Abstract
Es ist vorgesehen, dass der Wärmetauscher einen verbesserten Wärmetauschwirkungsgrad von einem Hochtemperaturfluid zu einem Niedertemperaturfluid aufweist. Der Wärmetauscher (30) umfasst eine Vielzahl von Platten (32) und eine Lamelle (50). Die Lamelle umfasst mindestens einen ersten Abschnitt (52) und mindestens einen zweiten Abschnitt (54). Der mindestens eine erste Abschnitt ist eine Wandfläche, die die mindestens eine erste Öffnung (56) umfasst. Der mindestens eine zweite Abschnitt, der mit dem ersten Abschnitt gepaart ist, ist eine Wandfläche, die sich von dem ersten Abschnitt unterscheidet. Der zweite Abschnitt umfasst eine zweite Öffnung (60), die mit einer entsprechenden der mindestens einen ersten Öffnung gepaart ist. Die Lamelle umfasst überdies mindestens ein Öffnungspaar, das ein Paar von der ersten Öffnung und der zweiten Öffnung ist. Das mindestens eine Öffnungspaar weist ein nicht-überlappendes Positionsverhältnis auf, in dem die gepaarte erste Öffnung und zweite Öffnung zumindest teilweise nicht-überlappend entlang einer Strömungsrichtung eines zweiten Fluids sind.It is envisaged that the heat exchanger will have improved heat exchange efficiency from a high temperature fluid to a low temperature fluid. The heat exchanger (30) comprises a plurality of plates (32) and a lamella (50). The blade comprises at least a first portion (52) and at least a second portion (54). The at least one first portion is a wall surface that includes the at least one first opening (56). The at least one second portion paired with the first portion is a wall surface different from the first portion. The second portion includes a second opening (60) mated with a corresponding one of the at least one first opening. The blade further includes at least one pair of openings that is a pair of the first opening and the second opening. The at least one aperture pair has a non-overlapping positional relationship in which the paired first aperture and second aperture are at least partially non-overlapping along a flow direction of a second fluid.
Description
QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGCROSS-REFERENCE TO RELATED APPLICATION
Diese internationale Anmeldung beansprucht den Vorteil der
GEBIET DER ERFINDUNGFIELD OF THE INVENTION
Die vorliegende Offenbarung betrifft einen Wärmetauscher.The present disclosure relates to a heat exchanger.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIKGENERAL PRIOR ART
Bekannt ist eine Abgaswärmerückgewinnungseinrichtung, die mit einem Wärmetauscher versehen ist, um Wärme zwischen Abgas aus einem Verbrennungsmotor als Hochtemperaturfluid und einem Niedertemperaturfluid auszutauschen, und die Abwärme zurückgewinnt (siehe nachfolgendes Patentdokument 1). Der in Patentdokument 1 beschriebene Wärmetauscher ist ein Wärmetauscher mit gestapelten Platten, der eine Vielzahl von gestapelten Platten umfasst, die einen Strömungsraum aufweisen, durch den das Niedertemperaturfluid strömt. Die Platte des in Patentdokument 1 beschriebenen Wärmetauschers umfasst einen konvexen Abschnitt, der von einer Außenfläche der Platte hervorsteht.Known is an exhaust heat recovery device which is provided with a heat exchanger to exchange heat between exhaust gas from an internal combustion engine as a high-temperature fluid and a low-temperature fluid, and the waste heat recovered (see
DOKUMENTE DES STANDS DER TECHNIKDOCUMENTS OF THE STATE OF THE ART
PATENTDOKUMENTEPATENT DOCUMENTS
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Patentdokument 1: Internationale Veröffentlichung
WO2014/014080 WO2014 / 014080
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNGBRIEF SUMMARY OF THE INVENTION
VON DER ERFINDUNG ZU LÖSENDE AUFGABENTASKS TO BE SOLVED BY THE INVENTION
Bei dem Wärmetauscher, der in Patentdokument 1 beschrieben ist, wird durch Bereitstellen eines konvexen Abschnitts an die Außenfläche der Platte ein Flächenbereich der Außenfläche der Platte vergrößert, um dadurch eine Wärmetauschrate zwischen dem Niedertemperaturfluid und dem Hochtemperaturfluid zu verbessern.In the heat exchanger described in
Im Allgemeinen müssen Wärmetauscher eine Verbesserung der Wärmetauschrate von einem Hochtemperaturfluid zu einem Niedertemperaturfluid erreichen, und es kann ein Wärmetauscher gewünscht werden, der eine höhere Wärmetauschrate erreicht als die des Wärmetauschers, der in Patentdokument 1 beschrieben wird.In general, heat exchangers must achieve an improvement in heat exchange rate from a high-temperature fluid to a low-temperature fluid, and a heat exchanger that achieves a higher heat exchange rate than that of the heat exchanger described in
Gemäß einem Gesichtspunkt der vorliegenden Offenbarung wird entsprechend bevorzugt, einen Wärmetauscher bereitzustellen, der eine verbesserte Wärmetauschrate von einem Hochtemperaturfluid zu einem Niedertemperaturfluid ermöglicht.Accordingly, according to one aspect of the present disclosure, it is preferred to provide a heat exchanger that allows for an improved heat exchange rate from a high temperature fluid to a low temperature fluid.
MITTEL ZUM LÖSEN DER AUFGABENMEANS TO SOLVE THE TASKS
Ein Gesichtspunkt der vorliegenden Offenbarung ist ein Wärmetauscher, der Wärme zwischen einem ersten Fluid und einem zweiten Fluid austauscht. Der Wärmetauscher umfasst eine Vielzahl von Platten und eine Lamelle. Die Vielzahl von Platten umfasst einen Strömungspfad, durch den das erste Fluid strömt. Die Lamelle koppelt gegenseitig benachbarte Platten der Vielzahl von Platten. Überdies umfasst die Lamelle mindestens einen ersten Abschnitt und mindestens einen zweiten Abschnitt.One aspect of the present disclosure is a heat exchanger that exchanges heat between a first fluid and a second fluid. The heat exchanger comprises a plurality of plates and a lamella. The plurality of plates includes a flow path through which the first fluid flows. The fin couples mutually adjacent plates of the plurality of plates. Moreover, the blade comprises at least a first portion and at least a second portion.
Von diesen Abschnitten ist der erste Abschnitt eine Wandfläche, die mindestens eine erste Öffnung umfasst. Der zweite Abschnitt ist eine Wandfläche, die mit dem ersten Abschnitt gepaart wird, und unterscheidet sich von dem ersten Abschnitt. Der zweite Abschnitt umfasst eine zweite Öffnung, die mit einer entsprechenden der mindestens einen ersten Öffnung gepaart wird.Of these sections, the first section is a wall surface that includes at least a first opening. The second portion is a wall surface paired with the first portion and different from the first portion. The second portion includes a second opening that mates with a corresponding one of the at least one first opening.
In der Lamelle des einen Gesichtspunkts der vorliegenden Offenbarung stellen der gepaarte erste Abschnitt und zweite Abschnitt einen wellenförmigen Teil bereit. Überdies ist die Lamelle derart, dass der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt jeweils in einer Richtung angeordnet sind, die orthogonal ist zu einer Strömungsrichtung des zweiten Fluids. Die Lamelle umfasst überdies mindestens ein Öffnungspaar, das ein Paar von der ersten Öffnung und der zweiten Öffnung ist. Das mindestens eine Öffnungspaar weist ein nicht-überlappendes Positionsverhältnis auf, bei dem die gepaarte erste Öffnung und zweite Öffnung zumindest teilweise nicht-überlappend entlang der Strömungsrichtung des zweiten Fluids sind.In the fin of the one aspect of the present disclosure, the paired first portion and second portion provide a wave-shaped part. Moreover, the fin is such that the first portion and the second portion are each arranged in a direction orthogonal to a flow direction of the second fluid. The blade further includes at least one pair of openings that is a pair of the first opening and the second opening. The at least one aperture pair has a non-overlapping positional relationship in which the paired first aperture and second aperture are at least partially non-overlapping along the flow direction of the second fluid.
Das heißt, dass sich die Lamelle eines Gesichtspunkts der vorliegenden Offenbarung derart ausdehnt, dass die Wandflächen orthogonal zu der Strömungsrichtung des zweiten Fluids sind. Somit berührt das zweite Fluid die gesamten Wandflächen der Lamelle, und es kann ein großer Kontaktbereich erhalten werden.That is, the fin of one aspect of the present disclosure expands such that the wall surfaces are orthogonal to the flow direction of the second fluid. Thus, the second fluid contacts the entire wall surfaces of the fin, and a large contact area can be obtained.
Gemäß einem Gesichtspunkt der vorliegenden Offenbarung trifft das zweite Fluid, das durch die erste Öffnung der Lamelle gelangt ist, überdies auf eine Fläche des zweiten Abschnitts, der der ersten Öffnung gegenüberliegt. Im Bereich des zweiten Abschnitts, auf den das Fluid trifft, wird ein Strom des zweiten Fluids gestört; somit ist es möglich, das Bilden einer Grenzschicht in dem Bereich des zweiten Abschnitts, auf den das Fluid trifft, zu unterbinden. Entsprechend ermöglicht der Wärmetauscher gemäß einem Gesichtspunkt vorliegenden Offenbarung, das Bilden der Grenzschicht zwischen dem zweiten Fluid und der Lamelle zu unterbinden und ermöglicht eine wirksame Wärmeübertragung vom zweiten Fluid zum ersten Fluid.Moreover, according to one aspect of the present disclosure, the second fluid that has passed through the first opening of the fin encounters a surface of the second portion that is the first Opposite opening. In the region of the second section, which is hit by the fluid, a flow of the second fluid is disturbed; thus, it is possible to inhibit the formation of a boundary layer in the region of the second portion to which the fluid impinges. Accordingly, according to one aspect of the present invention, the heat exchanger allows for inhibiting the formation of the boundary layer between the second fluid and the fin, and enables efficient heat transfer from the second fluid to the first fluid.
Mit anderen Worten ermöglicht der Wärmetauscher gemäß einem Gesichtspunkt der vorliegenden Offenbarung eine weitere Verbesserung der Wärmetauschrate von einem Hochtemperaturfluid zu einem Niedertemperaturfluid. Gemäß einem Gesichtspunkt vorliegenden Offenbarung kann der Wärmetauscher als ein Wärmetauscher ausgestaltet sein, bei dem zylindrische Platten in einer axialen Richtung gestapelt sind. In diesem Fall kann die Lamelle gemäß einem Gesichtspunkt der vorliegenden Offenbarung entlang einer Umfangsrichtung der Platten angeordnet sein.In other words, according to one aspect of the present disclosure, the heat exchanger enables further improvement of the heat exchange rate from a high-temperature fluid to a low-temperature fluid. According to one aspect of the present disclosure, the heat exchanger may be configured as a heat exchanger in which cylindrical plates are stacked in an axial direction. In this case, according to one aspect of the present disclosure, the sipe may be arranged along a circumferential direction of the plates.
Bei dem zuvor erwähnten Wärmetauscher kann die Strömungsrichtung des zweiten Fluids in einer Richtung entlang einer radialen Richtung erfolgen. Bei dem Wärmetauscher gemäß einem Gesichtspunkt vorliegenden Offenbarung strömt das erste Fluid überdies entlang der Umfangsrichtung der Platten. Gemäß einem Gesichtspunkt der vorliegenden Offenbarung kann gemäß dem Wärmetauscher die Strömungsrichtung des zweiten Fluids somit in einer Richtung erfolgen, die orthogonal zu der Strömungsrichtung des ersten Fluids ist. Gemäß dem Wärmetauscher gemäß einem Gesichtspunkt der vorliegenden Offenbarung wird überdies erreicht, dass die Strömungsrichtung des zweiten Fluids in einer Richtung erfolgt, die orthogonal zu der Strömungsrichtung des ersten Fluids über allen radialen Richtungen der Platten ist, das heißt, über einen kompletten Strömungsbereich des zweiten Fluids.In the aforementioned heat exchanger, the flow direction of the second fluid may be in a direction along a radial direction. Moreover, in the heat exchanger according to one aspect of the present disclosure, the first fluid flows along the circumferential direction of the plates. Thus, according to one aspect of the present disclosure, according to the heat exchanger, the flow direction of the second fluid may be in a direction orthogonal to the flow direction of the first fluid. Moreover, according to the heat exchanger according to one aspect of the present disclosure, it is achieved that the flow direction of the second fluid is in a direction orthogonal to the flow direction of the first fluid over all radial directions of the plates, that is, over a complete flow area of the second fluid ,
Bei dem mindestens einen Öffnungspaar des Wärmetauschers gemäß einem Gesichtspunkt der vorliegenden Offenbarung können die gepaarte erste Öffnung und zweite Öffnung entlang der Strömungsrichtung des zweiten Fluids komplett nicht-überlappend sein. Gemäß dem zuvor erwähnten Wärmetauscher kann ein großer Bereich des zweiten Abschnitts von dem zweiten Fluid, das durch die erste Öffnung gelangt ist, getroffen werden. Gemäß einem Gesichtspunkt der vorliegenden Offenbarung ermöglicht der Wärmetauscher somit, das Bilden der Grenzschicht um einen Bereich des zweiten Abschnitts herum, der der ersten Öffnung gegenüberliegt, über eine große Fläche zu unterbinden.In the at least one opening pair of the heat exchanger according to one aspect of the present disclosure, the paired first opening and second opening along the flow direction of the second fluid may be completely non-overlapping. According to the aforementioned heat exchanger, a large area of the second portion may be struck by the second fluid having passed through the first opening. Thus, according to one aspect of the present disclosure, the heat exchanger enables the formation of the boundary layer around a portion of the second portion opposite to the first opening over a large area.
Gemäß einem Gesichtspunkt der vorliegenden Offenbarung kann die Lamelle in dem Wärmetauscher derart sein, dass alle Öffnungspaare jeweils ein nicht-überlappendes Positionsverhältnis aufweisen. Gemäß dem zuvor erwähnten Wärmetauscher kann ein viel größerer Bereich des zweiten Abschnitts von dem zweiten Fluid, das durch die erste Öffnung gelangt ist, getroffen werden. Gemäß einem Gesichtspunkt der vorliegenden Offenbarung ermöglicht der Wärmetauscher somit, das Bilden der Grenzschicht um einen Bereich des zweiten Abschnitts herum, der der ersten Öffnung gegenüberliegt, auf einer viel größeren Fläche zu unterbinden.According to one aspect of the present disclosure, the fin in the heat exchanger may be such that all aperture pairs each have a non-overlapping positional relationship. According to the aforementioned heat exchanger, a much larger area of the second portion may be struck by the second fluid having passed through the first opening. Thus, according to one aspect of the present disclosure, the heat exchanger allows the formation of the boundary layer around a portion of the second portion opposite to the first opening on a much larger area.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
ERKLÄRUNG DER BEZUGSZEICHENDECLARATION OF THE REFERENCE SIGNS
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1 ...Abgaswärmerückgewinnungseinrichtung,2 ...Abgasabschnitt,4 ...Ummantelungselement,6 ...Wärmetauschabschnitt,8 ...Einströmabschnitt,10 ...Ventil,12 ,14 ...Abgasleitung,16 ...stromaufwärtiges Ende,18 ...stromabwärtiges Abgasende,20 ...äußeres Ummantelungselement,22 ...Deckelelement,24 ...Halteelement,28 ...Wärmetauschkammer,30 ...Wärmetauscher,32 ...Platte,34 ...erster Plattenabschnitt,36 ...zweiter Plattenabschnitt,38 ...erster Kommunikationsabschnitt,39 ...zweiter Kommunikationsabschnitt,40 ...erster zylindrischer Abschnitt,42 ...zweiter zylindrischer Abschnitt,44 ...Einströmleitung,46 ...Ausströmleitung,50 ...Lamelle,52 ...erster Abschnitt,54 ...zweiter Abschnitt,56 ...erste Öffnung,58 ...erster Öffnungsabschnitt,60 ...zweite Öffnung,62 ...zweiter Öffnungsabschnitt,64 ,66 ...Spalt,80 ...Einleitungselement,102 ...Ventilkörper,104 ...Ventilsitz,108 ...Siebelement,110 ...Verbrennungsmotor,112 ...Abgas (zweites Fluid),114 ...Kühlmittel (erstes Fluid)1 ... exhaust heat recovery unit,2 ... exhaust section,4 ... casing member,6 ... heat exchange section,8th ... inflow,10 ...Valve,12 .14 ... exhaust pipe,16 ... upstream end,18 ... downstream exhaust end,20 ... outer jacket element,22 ... cover element,24 ... holding element,28 ...heat exchange chamber 30 ... Heat exchanger,32 ...Plate,34 ... first plate section,36 ... second plate section,38 ... first communication section,39 ... second communication section,40 ... first cylindrical section,42 ... second cylindrical section,44 ... inflow,46 ... outflow,50 ... lamella 52 ...first section,54 ...second part,56 ... first opening,58 ... first opening section,60 ... second opening,62 ... second opening section,64 .66 ...Gap,80 ... introduction element,102 ... valve body,104 ... valve seat 108 ... sieve,110 ... internal combustion engine,112 ... exhaust (second fluid),114 ... coolant (first fluid)
AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG EMBODIMENT OF THE INVENTION
Nachfolgend wird eine Ausführungsform als ein Beispiel der vorliegenden Offenbarung mit Bezug auf die Zeichnungen erklärt.Hereinafter, an embodiment as an example of the present disclosure will be explained with reference to the drawings.
<Abgaswärmerückgewinnungseinrichtung><Exhaust heat recovery unit>
Eine in
Die Abgaswärmerückgewinnungseinrichtung
Der Wärmetauschabschnitt
Der Einströmabschnitt
<Ausgestaltung der Abgaswärmerückgewinnungseinrichtung><Design of the exhaust heat recovery device>
Nachfolgend wird eine Beschreibung einer Ausgestaltung der Abgaswärmerückgewinnungseinrichtung
Wie in
Das Ummantelungselement
Das äußere Ummantelungselement
Mit anderen Worten stellen das äußere Ummantelungselement
<Ausgestaltung des Wärmetauschers><Configuration of the heat exchanger>
Wie in
Ein Symbol „N“, der ein Identifikator ist, der die Anzahl der Platten
Jede der Platten
Wie in
Jede der Platten
Jede der Platten
Sowohl der erste Kommunikationsabschnitt
Wenn sie zusammengefügt werden, fungieren die ersten zylindrischen Abschnitte
Ein Ausgestaltungsverfahren des ersten Kommunikationsabschnitts
Jede der Platten
Bei dieser Ausgestaltung strömt das Abgas
Die ersten Abschnitte
Die zweiten Abschnitte
Bereiche der einzelnen ersten Öffnungen
Die Lamelle
Die einzelnen ersten Abschnitte
Von Öffnungspaaren
Das Öffnungspaar
Das nicht-überlappende Positionsverhältnis in der vorliegenden Ausführungsform bedeutet insbesondere, dass die zweite Öffnung
In der vorliegenden Ausführungsform fungieren der Spalt
Das Halteelement
Das Einleitungselement
Ein Siebelement
<Betrieb und Effekte der Abgaswärmerückgewinnungseinrichtung><Operation and effects of the exhaust heat recovery device>
Wenn das Ventil
Die Lamellen
Überdies trifft das Abgas
In der vorliegenden Ausführungsform sind insbesondere die erste Öffnung
Somit ermöglicht der Wärmetauscher
Wie vorhergehend beschrieben, ermöglicht der Wärmetauscher
Folglich ermöglicht der Wärmetauscher
[Andere Ausführungsformen]Other Embodiments
Obgleich die Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung vorhergehend beschrieben worden ist, ist die vorliegende Offenbarung nicht auf die zuvor erwähnte Ausführungsform beschränkt, sondern kann in verschiedenen Formen innerhalb des Schutzbereichs ausgeführt werden, die nicht von dem Geist der vorliegenden Erfindung abweichen.Although the embodiment of the present disclosure has been described above, the present disclosure is not limited to the aforementioned embodiment, but may be embodied in various forms within the scope, which do not depart from the spirit of the present invention.
Obgleich die Querschnittsform der Lamelle
In der zuvor erwähnten Ausführungsform ist überdies das nicht-überlappende Positionsverhältnis so bestimmt, dass die erste Öffnung
In der zuvor erwähnten Ausführungsform sind überdies alle Öffnungspaare
In der zuvor erwähnten Ausführungsform fungiert die Öffnung zwischen dem stromabwärtigen Abgasende
Die Abgaswärmerückgewinnungseinrichtung
Obgleich der Wärmetauscher
Jede Form, in der ein Teil einer Ausgestaltung in der zuvor erwähnten Ausführungsform ausgelassen wird, kann eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung sein. Überdies kann jede Form, in der die zuvor erwähnte Ausführungsform und ein modifiziertes Beispiel ordnungsgemäß kombiniert werden, eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung sein. Überdies kann jede Form, die innerhalb des Schutzbereichs denkbar ist, ohne von dem Wesen der vorliegenden Offenbarung abzuweichen, das durch die in den Ansprüchen aufgeführten Formulierungen bestimmt wird, eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung sein.Any form in which a part of a configuration is omitted in the aforementioned embodiment may be an embodiment of the present disclosure. Moreover, any form in which the aforementioned embodiment and a modified example are properly combined may be one embodiment of the present disclosure. Moreover, any form conceivable within the scope, without departing from the spirit of the present disclosure, which is defined by the formulations recited in the claims, may be an embodiment of the present disclosure.
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