EP1491837A2 - Plate heat exchanger without casing - Google Patents
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- EP1491837A2 EP1491837A2 EP04009615A EP04009615A EP1491837A2 EP 1491837 A2 EP1491837 A2 EP 1491837A2 EP 04009615 A EP04009615 A EP 04009615A EP 04009615 A EP04009615 A EP 04009615A EP 1491837 A2 EP1491837 A2 EP 1491837A2
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- F28F2250/10—Particular pattern of flow of the heat exchange media
- F28F2250/104—Particular pattern of flow of the heat exchange media with parallel flow
Definitions
- the invention relates to a heat exchanger in a housing-less plate construction, in which two deformed plates each form a flat tube, which are stacked, an inlet header box in the manner of a diffuser at one end of the stack of flat tubes and an outlet header box at the other end, for example for exhaust gas or charge air , which flows through the flat tubes and is thereby cooled by means of coolant which can be introduced and discharged via ducts extending into the stack, the ducts being formed by means of connected openings in the deformed plates and the ducts being between existing flow channels are hydraulically connected to the flat tubes.
- a bypass line and the exhaust gas heat exchanger are separated from each other, but both are apparently arranged in a common housing and in the latter the bypass line goes around the outside of the exhaust gas heat exchanger without both being surrounded by a housing.
- the exhaust gas heat exchangers themselves appear to be so-called tube bundle heat exchangers or spiral tube heat exchangers, that is to say, heat exchangers of completely different construction than those from the generic term. These exhaust gas heat exchangers do not appear to be particularly compact, that is to say they are space-saving.
- exhaust gas heat exchangers per se, that is to say those which were proposed decades ago and were used and are used in heating systems for motor vehicle cabins, bypassing the same with a bypass is generally also necessary, u. a. this is because the heating requirement is not permanently available.
- these exhaust gas heat exchangers also usually belong to the tube bundle type or the spiral tube type. These include exhaust gas heat exchangers, as can be found, for example, in EP 942 156 A1.
- the object of the invention is to design heat exchangers in a housing-free plate construction with a possibility of bypassing, for example by means of exhaust gas or charge air, in such a way that the exemplary functional properties and the compactness are retained, and that they remain above all easy to manufacture.
- a changeover valve is provided in one of the header boxes is arranged, with which at least the major part of the exhaust gas flow to be recirculated can be steered either through a plurality of cooled flat tubes of the stack or through at least one uncooled flat tube, an insulation plate being arranged between the cooled and the at least one uncooled flat tube, which has a deformed plate of the at least one uncooled flat tube and is connected to a deformed plate of a cooled flat tube.
- the insulation plate can be dispensed with, in that, according to the invention, a changeover valve is arranged in one of the collecting tanks, by means of which at least the majority of the exhaust gas flow to be returned can be directed either through a plurality of cooled flat tubes of the stack or through at least one uncooled flat tube, wherein a separation between the cooled flat tubes and the at least one uncooled flat tube is provided by the closure of the openings forming the channels in at least one of the adjacent deformed plates.
- Both proposed solutions additionally have a non-flowed-through space.
- This space is provided with the insulation plate between this plate and an adjacent deformed plate, and in the case without an insulation plate, the space is preferably formed between two deformed plates.
- claims 1 and 2 should be understood in such a way that an insulation plate can be provided according to claim 2 and in addition the openings can be closed according to claim 1, for example not punched out.
- the closure can also be produced by inserting closure plates into the openings.
- Each of the deformed plates is provided with a circumferential shape, as has already been shown and described in EP 992 756 B1, to which reference is expressly made here without having to repeat all details here.
- EP 992 756 B1 to which reference is expressly made here without having to repeat all details here.
- Two deformed plates are put together to form a flat tube and the flat tubes are put together to form a stack.
- Two deformed plates come together with their peripheral shape and enclose a space that represents a flow channel for a preferably liquid coolant. This design is described in more detail in the European patent mentioned.
- the cooled and the uncooled flat tubes are assembled from the same deformed plates.
- the at least one uncooled flat tube can have a larger cross section than a cooled flat tube.
- the insulation plate has an end which projects beyond the stack and which interacts with the changeover valve, in particular with the flap of the changeover valve.
- the wall of the header box, in which the changeover valve is located has two opposite openings in which the changeover valve can be mounted after the heat exchanger has been soldered. It is particularly advantageous of the proposed solutions that the entire exhaust gas heat exchanger, for example, can still be connected or manufactured in a single soldering operation, in spite of the integrated changeover valve.
- the individual parts of the exhaust gas heat exchanger are held together by the header boxes pushed over the ends of the flat tubes. Elaborate welding operations, such as are necessary with state-of-the-art heat exchangers, are totally avoided. For further features, reference is made to the dependent claims.
- it is an exhaust gas heat exchanger for a motor vehicle that is cooled by means of coolant of the internal combustion engine.
- the exhaust gas heat exchanger is constructed in a housing-free plate construction.
- the flat tubes 3 of the exhaust gas heat exchanger consist of deformed plates 1, 2 .
- the deformed plates 1, 2 have a circumferential shape 80 .
- Two deformed plates 1, 2 each form a flat tube 3, for which purpose one of the plates 1 or 2 is rotated through 180 ° about its longitudinal axis and is assembled with the other plate to form a flat tube 3 "edge 102 on edge 102" .
- the flat tubes 3 are then stacked one on top of the other, the formation 80 on the plate 1 or 2 of the one flat tube 3 coming into contact with the formation 80 on the plate 1 or 2 of the adjacent flat tube 3 . Only two cooled flat tubes 3 and only one uncooled flat tube 3 were shown in the exemplary embodiments.
- a collecting box 4 is arranged in the manner of a diffuser.
- a collecting box 5 is provided at the other end. Both collecting boxes 4, 5 can be identical, except for the differences caused by the changeover valve 20 , which are explained further below.
- the exhaust gas flows through the flat tubes 3 and is thereby cooled by means of the cooling liquid which can be introduced and discharged via channels 10 extending into the stack.
- the channels 10 are formed by means of connected openings 11 in the deformed plates 1, 2 .
- pull-throughs 81 that can be produced by shaping are arranged around each opening 11 in the exemplary embodiment.
- the connection of the passages 81 results in the channels 10 which pass vertically through the heat exchanger. (Fig. 3, 4)
- each a flow channel 12 At the same time there is between the flat tubes 3 , within those already mentioned circumferential formation 80 , each a flow channel 12 , each of the flow channels 12 being hydraulically connected to the channels 10 .
- dashed arrows have been drawn in, which indicate the exhaust gas, wherein the exhaust gas at the collecting box 4 shown can either be introduced or discharged. Therefore arrows with the opposite flow direction were drawn.
- the arrows with solid lines are intended to indicate the path of the coolant, which in the exemplary embodiment is introduced at the inlet connection 40 , penetrates into the duct 10 there, not shown in FIG. 1, is distributed over the flow ducts 12 , in order to form in the duct 10 shown collect and leave the heat exchanger via the outlet connection 50 after the heat has been exchanged with the exhaust gas.
- a changeover valve 20 Arranged in the collecting box 4 is a changeover valve 20 with which at least the predominant portion of the exhaust gas flow to be recirculated can be directed either through a plurality of cooled flat tubes 3 of the stack or through at least one uncooled flat tube 3 .
- An insulation plate 30 is arranged between the cooled and the at least one uncooled flat tube 3 .
- the essentially flat insulation plate 30 is connected on one side to a deformed plate 1 of the at least one uncooled flat tube 3 and on the other side to a deformed plate 2 of the adjacent cooled flat tube 3 .
- the connection mentioned looks such that the insulation plate 30 bears against and is connected to the peripheral shape 80 of the two deformed plates 1, 2 .
- the circumferential shape 80 is approximately U-shaped in cross section, as best shown in FIGS. 3 and 4.
- the heat exchanger has a cover plate 60 and a base plate 70 , which are also deformed and have a somewhat larger sheet thickness than the deformed heat exchanger plates 1 and 2, in order to provide additional stability. Furthermore, the base plate 70 and the cover plate 60 were assigned a holding or fastening function for the changeover valve 20 and for the actuating element 21 of the changeover valve 20 . For this purpose, the base plate 70 and the cover plate 60 are each provided with a projection 90. The switching valve 20 and the actuating element 21 are mounted on the projections 90 by means of a holder 91 . (Fig. 1)
- the already mentioned diffuser 4 also has in its wall 14 formations 103 (FIG. 1) which are intended to accommodate two edges 102 (FIG. 4) at the end of the deformed plates 1, 2 of a flat tube 3 .
- FIG. 1 the entire stack of flat tubes 3 is held together and soldering in a single operation without additional auxiliary devices is made possible. Further details on this have been described in EP Application No. 03 007 724.2.
- FIG. 3 is a cross section through both channels 10 for the cooling liquid through an exhaust gas heat exchanger of the type shown in FIG. 1.
- 4 is only intended to illustrate the difference between the two solutions described. 4, the separation of the cooling liquid from the uncooled flat tube 3 was created in that the openings 11 in the deformed plate 1 and / or 2 were provided with a closure 100 .
- the closure can either be done by inserting an insert (not shown) into the corresponding passage 81, which surrounds the opening 11 , or by not opening the openings 11 in this deformed plate 1 and / or 2 .
- the insulation plate 30 can therefore be dispensed with, although the same is shown in FIG. 4.
- the crossed-out reference symbol 30 is intended to indicate that the insulation plate 30 can be omitted, but does not necessarily have to be omitted, because the functionality is also retained with the insulation plate 30 .
- the space 101 through which there is no flow is larger in this solution than in the previously described first solution.
- FIG. 6 is a longitudinal section through a heat exchanger of the type according to FIG. 4, that is to say a heat exchanger in which the separation between the cooled and the uncooled flat tubes 3 has been realized by closure 100 of the openings 11 .
- no insulation plate 30 is necessary there.
- a partition 32 or the like can be provided in the collecting box 4 in order to support the valve function.
- This partition wall 32 is functionally equivalent to the protruding end 31 of the insulation plate 30 from FIGS. 1 and 5.
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher in gehäuseloser Plattenbauweise, bei der jeweils zwei verformte Platten ein Flachrohr bilden, die gestapelt sind, wobei an einem Ende des Stapels der Flachrohre ein Eintrittssammelkasten in der Art eines Diffusors und am anderen Ende ein Austrittssammelkasten, beispielsweise für Abgas oder Ladeluft, angeordnet ist, das / die durch die Flachrohre strömt und dabei mittels Kühlmittel gekühlt wird, welches über in den Stapel hinein sich erstreckende Kanäle einleitbar und ausleitbar ist, wobei die Kanäle mittels verbundener Öffnungen in den verformten Platten gebildet sind und wobei die Kanäle mit zwischen den Flachrohren vorhandenen Strömungskanälen hydraulisch verbunden sind.The invention relates to a heat exchanger in a housing-less plate construction, in which two deformed plates each form a flat tube, which are stacked, an inlet header box in the manner of a diffuser at one end of the stack of flat tubes and an outlet header box at the other end, for example for exhaust gas or charge air , which flows through the flat tubes and is thereby cooled by means of coolant which can be introduced and discharged via ducts extending into the stack, the ducts being formed by means of connected openings in the deformed plates and the ducts being between existing flow channels are hydraulically connected to the flat tubes.
Dieser gehäuselose Wärmetauscher wurde bereits in der bisher unveröffentlichten deutschen Anmeldung DE 102 29 083.0 und in der europäischen Anmeldung mit der Anmeldenummer EP 03 007 724.2 beschrieben. Solche Wärmetauscher sind äußerst kompakt und haben sehr gute Funktionseigenschaften.This housing-free heat exchanger has already been described in the previously unpublished
Die vorstehend beschriebene gehäuselose Plattenbauweise geht darüber hinaus aus dem der Anmelderin gehörenden EP 992 756 B1 hervor.The housing-free plate construction described above is also apparent from EP 992 756 B1 belonging to the applicant.
Gegenwärtig werden diese Wärmetauscher als Abgaswärmetauscher stark nachgefragt, weil zur Emissionsreduzierung bei Kraftfahrzeugen verstärkt der Weg der Abgasrückführung beschritten wird. Das rückgeführte Abgas muss gekühlt werden, um eine hohe Effizienz bei der Rückführung zu erreichen, insbesondere um bessere Füllungsgrade zu realisieren. Natürlich geht es um das Gesamtsystem "Kraftfahrzeug mit Verbrennungsmotor" und um eine insgesamt deutlich reduzierte Energiebilanz. Deshalb wurden bereits vor vielen Jahren sämtliche Betriebssituationen im Kraftfahrzeug analysiert und Maßnahmen getroffen, mit denen allen Betriebssituationen entsprochen werden kann. Eine dieser Maßnahmen besteht darin, den Abgaswärmetauscher in Betriebssituationen, in denen die Kühlung des Abgases kontraproduktiv wäre, mittels Bypässen zu umgehen. Solche Betriebssituationen sind insbesondere die extrem viel Kraftstoff benötigenden Startphasen des Kraftfahrzeuges, in denen die Wärmeenergie der Abgase beispielsweise direkt zur schnellen Aufwärmung des Motors auf seine optimale Betriebstemperatur herangezogen wird. Zur Umgehung des Abgaswärmetauschers werden gewöhnlich Lösungen vorgesehen, wie sie beispielsweise in den europäischen Patentanmeldungen / Patenten EP 916 837 und EP 987 427 beschrieben sind. Dort ist ein Ventil vor dem Eintritt der Abgase in den Abgaswärmetauscher angeordnet, mit dem der Abgasstrom bedarfsweise durch den Abgaswärmetauscher oder an denselben vorbei, direkt in die Rückführleitung, geleitet wird. Der Bypass ist dort im Ventil integriert. In den deutschen Anmeldungen DE 197 33 964 A1 oder DE 199 06 401 A1 sind weitere Lösungen beschrieben worden, die zeigen, auf welche Art und Weise die Rückführung ferner geschehen kann. In dem erstgenannten Dokument sind eine Bypassleitung und der Abgaswärmetauscher voneinander getrennt, aber beide sind scheinbar in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet und im Letzteren geht die Bypassleitung außerhalb des Abgaswärmetauschers um denselben herum, ohne dass beide von einem Gehäuse umgeben sind. Bei den Abgaswärmetauschern selbst scheint es sich um sogenannte Rohrbündelwärmetauscher oder um Spiralrohrwärmetauscher zu handeln, also um Wärmetauscher völlig anderen Aufbaus als diejenigen aus dem Oberbegriff. Diese Abgaswärmetauscher scheinen nicht besonders kompakt, d. h. raumsparend, ausgebildet zu sein.These heat exchangers are currently in high demand as exhaust gas heat exchangers because exhaust gas recirculation is increasingly being used to reduce emissions in motor vehicles. The recirculated exhaust gas has to be cooled in order to achieve high efficiency in the recirculation, in particular in order to achieve better filling levels. Of course, it is about the overall "motor vehicle with internal combustion engine" system and an overall significantly reduced energy balance. For this reason, many operating situations in the motor vehicle were analyzed many years ago and measures were taken to meet all operating situations. One of these measures is to bypass the exhaust gas heat exchanger in operating situations in which the cooling of the exhaust gas would be counterproductive. Such operating situations are, in particular, the extremely high fuel-consuming starting phases of the motor vehicle, in which the thermal energy of the exhaust gases is used, for example, directly for quickly warming up the engine to its optimum operating temperature. To circumvent the exhaust gas heat exchanger, solutions are usually provided, as are described, for example, in European patent applications / patents EP 916 837 and EP 987 427. There is a valve before the entry of the exhaust gases into the exhaust gas heat exchanger, with which the exhaust gas flow, if necessary, through the Exhaust gas heat exchanger or past it, directly into the return line. The bypass is integrated there in the valve. In the German applications DE 197 33 964 A1 or DE 199 06 401 A1, further solutions have been described which show how the return can also be done. In the former document, a bypass line and the exhaust gas heat exchanger are separated from each other, but both are apparently arranged in a common housing and in the latter the bypass line goes around the outside of the exhaust gas heat exchanger without both being surrounded by a housing. The exhaust gas heat exchangers themselves appear to be so-called tube bundle heat exchangers or spiral tube heat exchangers, that is to say, heat exchangers of completely different construction than those from the generic term. These exhaust gas heat exchangers do not appear to be particularly compact, that is to say they are space-saving.
Bei Abgaswärmetauschern an sich, also auch solchen die bereits vor Jahrzehnten vorgeschlagen und in Heizungen für Kabinen von Kraftfahrzeugen zum Einsatz kamen und kommen, ist die Umgehung desselben mit einem Bypass in der Regel auch erforderlich, u. a. deshalb, weil der Heizbedarf nicht permanent vorhanden ist. Aber auch diese Abgaswärmetauscher gehören gewöhnlich dem Rohrbündeltyp oder dem Spiralrohrtyp an. Hierzu zählen Abgaswärmetauscher, wie sie beispielsweise dem EP 942 156 A1 zu entnehmen sind.In exhaust gas heat exchangers per se, that is to say those which were proposed decades ago and were used and are used in heating systems for motor vehicle cabins, bypassing the same with a bypass is generally also necessary, u. a. this is because the heating requirement is not permanently available. However, these exhaust gas heat exchangers also usually belong to the tube bundle type or the spiral tube type. These include exhaust gas heat exchangers, as can be found, for example, in EP 942 156 A1.
Weitere Lösungen mit integrierten Bypässen, die jedoch keine Wärmetauscher in gehäuseloser Plattenbauweise betreffen und deshalb oft mittels aufwendiger Schweißverfahren hergestellt werden müssen, sind in der DE101 42 539 A1, in der DE 199 62 863 A1 und in der DE 195 40 683 A1 beschrieben worden.Other solutions with integrated bypasses, which, however, do not relate to heat exchangers in a housing-free plate construction and therefore often have to be produced by means of complex welding processes, have been described in
Schlußfolgernd aus der vorstehenden Beschreibungseinleitung besteht die Aufgabe der Erfindung darin, Wärmetauscher in gehäuseloser Plattenbauweise derart mit einer Möglichkeit zur Umgehung, beispielsweise mittels Abgas oder Ladeluft, auszubilden, dass die vorbildlichen Funktionseigenschaften und die Kompaktheit erhalten bleiben, und dass sie vor allem herstellungsfreundlich bleiben.In conclusion from the introduction to the description above, the object of the invention is to design heat exchangers in a housing-free plate construction with a possibility of bypassing, for example by means of exhaust gas or charge air, in such a way that the exemplary functional properties and the compactness are retained, and that they remain above all easy to manufacture.
Die erfindungsgemäße Lösung erfolgt bei einem dem Oberbegriff entsprechenden Wärmetauscher entweder mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 oder mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 2. Gemäß der zweiten Variante ist vorgesehen, dass in einem der Sammelkästen ein Umschaltventil angeordnet ist, mit dem zumindest der überwiegende Anteil des rückzuführenden Abgasstroms entweder durch eine Mehrzahl von gekühlten Flachrohren des Stapels oder durch mindestens ein ungekühltes Flachrohr lenkbar ist, wobei zwischen den gekühlten und dem mindestens einen ungekühlten Flachrohr eine Isolationsplatte angeordnet ist, die mit einer verformten Platte des mindestens einen ungekühlten Flachrohres und mit einer verformten Platte eines gekühlten Flachrohres verbunden ist. Gemäß der ersten unabhängigen Aufgabenlösung kann auf die Isolationsplatte verzichtet werden, indem erfindungsgemäß in einem der Sammelkästen ein Umschaltventil angeordnet ist, mit dem zumindest der überwiegende Anteil des rückzuführenden Abgasstroms entweder durch eine Mehrzahl von gekühlten Flachrohren des Stapels oder durch mindestens ein ungekühltes Flachrohr lenkbar ist, wobei eine Trennung zwischen den gekühlten Flachrohren und dem mindestens einen ungekühlten Flachrohr durch den Verschluss der die Kanäle bildenden Öffnungen in mindestens einer der angrenzenden verformten Platten vorgesehen ist.The solution according to the invention takes place in a heat exchanger corresponding to the preamble either with the characterizing features of
Beide Lösungsvorschlage weisen zusätzlich einen nicht durchströmten Raum auf. Dieser Raum ist in dem Fall mit der Isolationsplatte zwischen dieser Platte und einer angrenzenden verformten Platte vorgesehen und im Fall ohne Isolationsplatte ist der Raum vorzugsweise zwischen zwei verformten Platten ausgebildet.Both proposed solutions additionally have a non-flowed-through space. This space is provided with the insulation plate between this plate and an adjacent deformed plate, and in the case without an insulation plate, the space is preferably formed between two deformed plates.
Beide Lösungsvorschläge lösen unabhängig voneinander die gestellte Aufgabe, denn sie zielen auf einen herstellungsfreundlichen und kompakten Wärmetauscher in gehäuseloser Plattenbauweise.Both proposed solutions solve the task independently, because they aim for a manufacturing-friendly and compact heat exchanger in a housing-free plate construction.
Beide Lösungsvorschläge können jedoch auch gemeinsam an ein und demselben Wärmetauscher umgesetzt sein. Jedenfalls sollen die Ansprüche 1 und 2 so zu verstehen sein, dass eine Isolationsplatte laut Anspruch 2 vorgesehen sein kann und zusätzlich können die Öffnungen gemäß Anspruch 1 verschlossen sein, beispielsweise nicht ausgestanzt sein. Darüber hinaus kann der Verschluss auch durch Einlegen von Verschlussplatten in die Öffnungen hergestellt sein.However, both proposed solutions can also be implemented together on one and the same heat exchanger. In any case, claims 1 and 2 should be understood in such a way that an insulation plate can be provided according to
Obwohl das Vorsehen eines ungekühlten Flachrohres zum Zweck der Umgehung des Wärmetauschers bei Wärmetauschern mit einem Gehäuse zum Stand der Technik zählt, hat es nicht nahegelegen, diesen Gedanken auf gehäuselose Plattenwärmetauscher zu übertragen, weil nicht zu erwarten war, dass diese Maßnahme mit einfachen Mitteln auch bei gehäuselosen Plattenwärmetauschern machbar ist, ohne dass deren unbestreitbaren Vorteile aufgegeben werden müssen.Although the provision of an uncooled flat tube for the purpose of bypassing the heat exchanger in heat exchangers with a housing is part of the prior art, it was not obvious to transfer this idea to housing-free plate heat exchangers, because it was not to be expected that this measure would also be done with simple means housing-less plate heat exchangers is feasible without having to give up their undeniable advantages.
Jede der verformten Platten ist mit einer umlaufenden Ausformung versehen, wie es bereits in dem EP 992 756 B1 gezeigt und beschrieben wurde, auf das hier ausdrücklich Bezug genommen wird, ohne alle Details hier wiederholen zu müssen. Außerdem wird auf das EP mit der Anm-Nr. 03 007 724.2 verwiesen, wo bestimmte Merkmale des Diffusors gezeigt und beschrieben sind. Jeweils zwei verformte Platten werden zu einem Flachrohr zusammengefügt und die Flachrohre werden zu einem Stapel zusammengesetzt. Dabei kommen je zwei verformte Platten mit ihrer umlaufenden Ausformung zusammen und schließen einen Raum ein, der ein Strömungskanal für ein vorzugsweise flüssiges Kühlmittel darstellt. Diese Bauweise ist in dem erwähnten europäischen Patent näher beschrieben.Each of the deformed plates is provided with a circumferential shape, as has already been shown and described in EP 992 756 B1, to which reference is expressly made here without having to repeat all details here. In addition, the EP with the application no. 03 007 724.2, where certain features of the diffuser are shown and described. Two deformed plates are put together to form a flat tube and the flat tubes are put together to form a stack. Two deformed plates come together with their peripheral shape and enclose a space that represents a flow channel for a preferably liquid coolant. This design is described in more detail in the European patent mentioned.
Von Vorteil ist es, wenn die gekühlten und die ungekühlten Flachrohre aus gleichen verformten Platten zusammengesetzt werden. Die Möglichkeit, das mindestens eine ungekühlte Flachrohr aus anderen verformten Platten zu bilden, ist trotzdem vorhanden. Beispielsweise kann das ungekühlte Flachrohr einen größeren Querschnitt aufweisen als ein gekühltes Flachrohr.It is advantageous if the cooled and the uncooled flat tubes are assembled from the same deformed plates. However, there is still the possibility of forming the at least one uncooled flat tube from other deformed plates. For example, the uncooled flat tube can have a larger cross section than a cooled flat tube.
Bei dem Lösungsvorschlag, der eine Isolationsplatte benötigt, ist es von Vorteil, wenn die Isolationsplatte ein über den Stapel überstehendes Ende aufweist, das mit dem Umschaltventil, insbesondere mit der Klappe des Umschaltventils, zusammenwirkt.In the proposed solution, which requires an insulation plate, it is advantageous if the insulation plate has an end which projects beyond the stack and which interacts with the changeover valve, in particular with the flap of the changeover valve.
Die Wand des Sammelkastens, in dem sich das Umschaltventil befindet, weist zwei gegenüberliegende Öffnungen auf, in denen das Umschaltventil nach dem Löten des Wärmetauschers montiert werden kann. Von besonderem Vorteil der vorgeschlagenen Lösungen ist es, dass der gesamte beispielsweise Abgaswärmetauscher nach wie vor, bzw. trotz des integrierten Umschaltventils, in einer einzigen Lötoperation verbunden bzw. hergestellt werden kann. Dabei werden die Einzelteile des Abgaswärmetauschers durch die über die Enden der Flachrohre geschobenen Sammelkästen zusammengehalten. Aufwendige Schweißoperation, wie sie bei Wärmetauschern aus dem Stand der Technik notwendig sind, werden total vermieden. Wegen weiterer Merkmale wird auf die abhängigen Ansprüche verwiesen.The wall of the header box, in which the changeover valve is located, has two opposite openings in which the changeover valve can be mounted after the heat exchanger has been soldered. It is particularly advantageous of the proposed solutions that the entire exhaust gas heat exchanger, for example, can still be connected or manufactured in a single soldering operation, in spite of the integrated changeover valve. The individual parts of the exhaust gas heat exchanger are held together by the header boxes pushed over the ends of the flat tubes. Elaborate welding operations, such as are necessary with state-of-the-art heat exchangers, are totally avoided. For further features, reference is made to the dependent claims.
Die Erfindung wird im Anschluss in einem Ausführungsbeispiel beschrieben. Aus dieser Beschreibung können zusätzliche Merkmale und Vorteile hervorgehen, die sich später als besonders wichtig herausstellen können.
- Fig. 1
- perspektivische Explosionsdarstellung des Wärmetauschers;
- Fig. 2
- Draufsicht auf einen Wärmetauscher;
- Fig. 3
- Querschnitt durch einen Wärmetauscher;
- Fig. 4
- Alternative zur in Fig. 3 gezeigten Lösung;
- Fig. 5
- Längsschnitt durch einen Wärmetauscher mit Isolationsplatte;
- Fig. 6
- Längsschnitt durch einen Wärmetauscher ohne Isolationsplatte;
- Fig. 1
- perspective exploded view of the heat exchanger;
- Fig. 2
- Top view of a heat exchanger;
- Fig. 3
- Cross section through a heat exchanger;
- Fig. 4
- Alternative to the solution shown in FIG. 3;
- Fig. 5
- Longitudinal section through a heat exchanger with an insulation plate;
- Fig. 6
- Longitudinal section through a heat exchanger without an insulation plate;
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel handelt es sich um einen mittels Kühlflüssigkeit der Brennkraftmaschine gekühlten Abgaswärmetauscher für ein Kraftfahrzeug.In the exemplary embodiment shown, it is an exhaust gas heat exchanger for a motor vehicle that is cooled by means of coolant of the internal combustion engine.
Der Abgaswärmetauscher ist in gehäuseloser Plattenbauweise aufgebaut. Die Flachrohre 3 des Abgaswärmetauschers bestehen aus verformten Platten 1, 2. Die verformten Platten 1, 2 weisen eine umlaufende Ausformung 80 auf. Jeweils zwei verformte Platten 1, 2 bilden ein Flachrohr 3, wozu eine der Platten 1 oder 2 um 180° um ihre Längsachse gedreht und mit der anderen Platte zu einem Flachrohr 3 "Rand 102 an Rand 102" zusammengesetzt wird. Die Flachrohre 3 werden dann aufeinander gestapelt, wobei die Ausformung 80 an der Platte 1 oder 2 des einen Flachrohres 3 an der Ausformung 80 der Platte 1 oder 2 des benachbarten Flachrohres 3 zur Anlage kommt. Es wurden nur zwei gekühlte Flachrohre 3 und lediglich ein einziges ungekühltes Flachrohr 3 in den Ausführungsbeispielen gezeigt. Zweckmäßig ist es, die gekühlten Flachrohre 3 mit einem Inneneinsatz 99 zu versehen, wie es in der Fig. 3 angedeutet ist. Es ist klar, dass die Anzahl der Flachrohre 3 beispielsweise entsprechend den jeweiligen Leistungsanforderungen gewählt wird. An einem Ende des Stapels der Flachrohre 3 ist ein Sammelkasten 4 in der Art eines Diffusors angeordnet. Am anderen Ende ist ein nicht gezeigter Sammelkasten 5 vorgesehen. Beide Sammelkästen 4, 5 können identisch sein, bis auf die durch das Umschaltventil 20 bedingten Unterschiede, die weiter unten erläutert sind. Das Abgas strömt durch die Flachrohre 3 und wird dabei mittels der Kühlflüssigkeit gekühlt, welche über in den Stapel hinein sich erstreckende Kanäle 10 einleitbar und ausleitbar ist. Die Kanäle 10 sind mittels verbundener Öffnungen 11 in den verformten Platten 1, 2 gebildet. Zur Verbindung der Öffnungen 11 sind im Ausführungsbeispiel umformtechnisch herstellbare Durchzüge 81 um jede Öffnung 11 herum angeordnet. Durch die Verbindung der Durchzüge 81 ergeben sich die Kanäle 10, die vertikal durch den Wärmetauscher hindurchgehen. (Fig. 3, 4) Gleichzeitig ergibt sich zwischen den Flachrohren 3, innerhalb der bereits erwähnten umlaufenden Ausformung 80, jeweils ein Strömungskanal 12, wobei jeder der Strömungskanäle 12 hydraulisch mit den Kanälen 10 verbunden ist. In der Fig. 1 wurden gestrichelte Pfeile eingezeichnet, die das Abgas andeuten, wobei das Abgas am gezeigten Sammelkasten 4 entweder eingeleitet oder ausgeleitet werden kann. Deshalb wurden Pfeile mit entgegengesetzter Fließrichtung eingezeichnet. Die Pfeile mit durchgezogener Linienführung sollen den Weg der Kühlflüssigkeit anzeigen, die im Ausführungsbeispiel am Einlassstutzen 40 eingeleitet wird, in den dortigen, in der Fig. 1 nicht gezeichneten Kanal 10 eindringt, sich auf die Strömungskanäle 12 verteilt, um sich im gezeigten Kanal 10 zu sammeln und über den Auslassstutzen 50, nach erfolgtem Wärmeaustausch mit dem Abgas, den Wärmetauscher zu verlassen.The exhaust gas heat exchanger is constructed in a housing-free plate construction. The
Im Sammelkasten 4 ist ein Umschaltventil 20 angeordnet, mit dem zumindest der überwiegende Anteil des rückzuführenden Abgasstroms entweder durch eine Mehrzahl von gekühlten Flachrohren 3 des Stapels oder durch mindestens ein ungekühltes Flachrohr 3 lenkbar ist. Zwischen den gekühlten und dem mindestens einen ungekühlten Flachrohr 3 ist eine Isolationsplatte 30 angeordnet. Die im wesentlichen ebene Isolationsplatte 30 ist auf einer Seite mit einer verformten Platte 1 des mindestens einen ungekühlten Flachrohres 3 und auf der anderen Seite mit einer verformten Platte 2 des angrenzenden gekühlten Flachrohres 3 verbunden. Speziell sieht die erwähnte Verbindung so aus, dass die Isolationsplatte 30 an der umlaufenden Ausformung 80 der beiden verformten Platten 1, 2 anliegt und damit verbunden ist. Deshalb bleibt innerhalb des von der umlaufenden Ausformung 80 umgebenden Raums zwischen der Isolationsplatte 30 und den verformten Platten 1, 2 ein nicht durchströmter Raum 101 übrig, der thermisch isolierende Eigenschaften besitzt. (Fig. 3) Die umlaufende Ausformung 80 ist im Querschnitt etwa u - förmig ausgebildet, wie die Fig. 3 und 4 am besten zeigen.Arranged in the
Der Wärmetauscher besitzt eine Deckplatte 60 und eine Grundplatte 70, die ebenfalls verformt sind und eine etwas größere Blechdicke aufweisen als die verformten Wärmetauscherplatten 1 und 2, um für zusätzliche Stabilität zu sorgen. Ferner wurde der Grundplatte 70 und der Deckplatte 60 eine Halte - bzw. Befestigungsfunktion für das Umschaltventil 20 und für das Stellelement 21 des Umschaltventils 20 zugeordnet. Zu diesem Zweck hat man die Grundplatte 70 und die Deckplatte 60 mit je einem Vorsprung 90 versehen. An den Vorsprüngen 90 werden, mittels eines Halters 91, das Umschaltventil 20 und das Stellelement 21 montiert. (Fig. 1)The heat exchanger has a
Zum Zweck der Montage des Umschaltventils 20 - nach dem Löten des Abgaswärmetauschers - wurden in der Wand 14 des Sammelkastens 4 zwei gegenüberliegende Öffnungen 15, 16 vorgesehen. In diese Öffnungen 15, 16 werden, wie es in der Fig. 1 gezeigt ist, Lagerbuchsen 17, 18 für eine drehbare Welle 19 eingesetzt und befestigt, an der sich die Klappe 22 des Umschaltventils 20 befindet. Ferner wurde ein mit der Klappe 22 zusammenwirkendes Funktionselement 23 in den Sammelkasten 4 eingesetzt, um die Wirkung der Klappe 22 zu unterstützen. Die Art und Weise der Zusammenwirkung ist aus der Fig. 5 zu erkennen. Aus der Fig. 5 ist auch zu sehen, dass, bei der Variante, die eine Isolationsplatte 30 zur Trennung zwischen den gekühlten und den ungekühlten Flachrohren 3 vorsieht, das Ende 31 der Isolationsplatte 30 verlängert wurde, wobei dieses verlängerte Ende 31 ebenfalls mit der Klappe 22 zusammenwirkt. Es ist von Vorteil, die Klappe 22 nicht zu großflächig auszubilden, weil durch die Strömung des Abgases verursachte Klappergeräusche oder andere funktionelle Nachteile auftreten können. Die Klappe 22 kann durch das Zusammenwirken mit dem Ende 31 der Isolationsplatte 30 und mit dem Funktionselement 23 kleiner ausgebildet sein, wie aus der Fig. 5 zu sehen ist.For the purpose of assembling the changeover valve 20 - after soldering the exhaust gas heat exchanger - two
Der bereits erwähnte Diffusor 4 besitzt ferner in seiner Wand 14 Ausformungen 103 (Fig. 1), die dafür gedacht sind, jeweils zwei Ränder 102 (Fig. 4) am Ende der verformten Platten 1, 2 eines Flachrohres 3 aufzunehmen. Dadurch wird der gesamte Stapel der Flachrohre 3 zusammengehalten und das Löten in einer einzigen Operation ohne zusätzliche Hilfsvorrichtungen wird ermöglicht. Weitere Einzelheiten hierzu wurden in der EP - Anmeldung Nr. 03 007 724.2 beschrieben.The already mentioned
Die Fig. 3 ist ein durch beide Kanäle 10 für die Kühlflüssigkeit hindurchgehender Querschnitt durch einen Abgaswärmetauscher des Typs, der in der Fig. 1 gezeigt ist. Die Fig. 4 soll lediglich den Unterschied zwischen den zwei beschriebenen Lösungen deutlich machen. In der Fig. 4 wurde die Abtrennung der Kühlflüssigkeit von dem ungekühlten Flachrohr 3 dadurch geschaffen, dass die Öffnungen 11 in der verformten Platte 1 und / oder 2 mit einem Verschluss 100 versehen wurde. Das Verschließen kann entweder dadurch geschehen, dass ein Einlegeteil (nicht gezeigt) in den entsprechenden Durchzug 81, der die Öffnung 11 umgibt, eingelegt wird, oder dadurch, dass die Öffnungen 11 in dieser verformten Platte 1 und / oder 2 nicht ausgestanzt werden. In der in Fig. 4 gezeigten Variante kann deshalb auf die Isolationsplatte 30 verzichtet werden, obwohl dieselbe in der Fig. 4 eingezeichnet ist.FIG. 3 is a cross section through both
Das durchgestrichene Bezugszeichen 30 soll andeuten, dass die Isolationsplatte 30 entfallen kann, aber nicht unbedingt entfallen muss, denn die Funktionsfähigkeit bleibt auch mit der Isolationsplatte 30 erhalten. Der nicht durchströmte Raum 101 ist bei dieser Lösung größer als bei der zuvor beschriebenen ersten Lösung.The crossed-out
Die Fig. 6 ist ein Längsschnitt durch einen Wärmetauscher des Typs gemäß Fig. 4, also ein Wärmetauscher, bei dem die Trennung zwischen den gekühlten und den ungekühlten Flachrohren 3 durch Verschluss 100 der Öffnungen 11 realisiert worden ist. Im Unterschied zum vorne beschriebenen Ausführungsbeispiel aus den Fig. 1 und 3 ist dort keine Isolationsplatte 30 notwendig. In Abhängigkeit von der gewählten Ventilkonstruktion 20 kann eine Trennwand 32 oder dergleichen im Sammelkasten 4 vorgesehen werden, um die Ventilfunktion zu unterstützen. Diese Trennwand 32 ist funktionsmäßig äquivalent zum überstehenden Ende 31 der Isolationsplatte 30 aus den Fig. 1 und 5.FIG. 6 is a longitudinal section through a heat exchanger of the type according to FIG. 4, that is to say a heat exchanger in which the separation between the cooled and the uncooled
Abgebildet wurden nur Ausführungsbeispiele, bei denen die gekühlten und die ungekühlten Flachrohre 3 - also sämtliche Flachrohre 3 - aus gleichen verformten Platten 1, 2 bestehen, was fertigungstechnische Vorteile hat. Trotzdem kann es zweckmäßig sein, die ungekühlten Flachrohre 3 aus anderen Platten herzustellen als die gekühlten Flachrohre 3, was durch die vorgeschlagenen Lösungen zugelassen wird, weshalb die erfindungsgemäßen Lösungen auch eine gewisse Flexibilität des Designs zur Verfügung stellen.Only exemplary embodiments were shown in which the cooled and uncooled flat tubes 3 - that is to say all the flat tubes 3 - consist of the same
Claims (13)
dadurch gekennzeichnet, dass
in einem der Sammelkästen (4, 5) ein Umschaltventil (20) angeordnet ist, mit dem zumindest der überwiegende Anteil des durch die Flachrohre zu leitenden Gasstroms entweder durch eine Mehrzahl von gekühlten Flachrohren (3) des Stapels oder durch mindestens ein ungekühltes Flachrohr (3) lenkbar ist, wobei eine Trennung zwischen den gekühlten Flachrohren (3) und dem mindestens einen ungekühlten Flachrohr durch einen Verschluss (100) der die Kanäle (10) bildenden Öffnungen (11) in mindestens einer der angrenzenden verformten Platten (1, 2) vorgesehen ist und ein nicht durchströmter Raum (101) zwischen den verformten Platten (1, 2, 60) vorhanden ist.Heat exchanger in a housing-free plate construction, in each of which two deformed plates (1, 2) form a flat tube (3) which are stacked, with an inlet header box (4) in the manner of a diffuser at one end of the stack of flat tubes (3) and at the other end there is an outlet header (5), for example for exhaust gas or charge air, which flows through the flat tubes (3) and is thereby cooled by means of coolant which can be introduced and discharged via channels (10) extending into the stack , the channels (10) being formed by means of connected openings (11) in the deformed plates (1, 2) and the channels (10) being hydraulically connected to flow channels (12) present between the flat tubes (3),
characterized in that
A changeover valve (20) is arranged in one of the collecting boxes (4, 5), with which at least the majority of the gas flow to be conducted through the flat tubes either through a plurality of cooled flat tubes (3) of the stack or through at least one uncooled flat tube (3 ) is steerable, whereby a separation between the cooled flat tubes (3) and the at least one uncooled flat tube is provided by a closure (100) of the openings (11) forming the channels (10) in at least one of the adjacent deformed plates (1, 2) and a non-flow-through space (101) is present between the deformed plates (1, 2, 60).
dadurch gekennzeichnet, dass
in einem der Sammelkästen (4, 5) ein Umschaltventil (20) angeordnet ist, mit dem zumindest der überwiegende Anteil des durch die Flachrohre (3) zu leitenden Gasstroms entweder durch eine Mehrzahl von gekühlten Flachrohren (3) des Stapels oder durch mindestens ein ungekühltes Flachrohr (3) lenkbar ist, wobei eine Trennung zwischen den gekühlten und dem mindestens einen ungekühlten Flachrohr (3) mittels einer Isolationsplatte (30) vorgesehen ist, die mit einer verformten Platte (1, 2) des mindestens einen ungekühlten Flachrohres (3) und mit der angrenzenden verformten Platte (1, 2) eines gekühlten Flachrohres (3) verbunden ist, wobei ein nicht durchströmter Raum (101) zwischen der Isolationsplatte (30) und der verformten Platte (1, 2) verbleibt.Heat exchanger in a housing-free plate construction, in each of which two deformed plates (1, 2) form a flat tube (3) which are stacked, with an inlet header box (4) in the manner of a diffuser at one end of the stack of flat tubes (3) and at the other end there is an outlet header (5), for example for exhaust gas or charge air, which flows through the flat tubes (3) and is thereby cooled by means of coolant which can be introduced and discharged via channels (10) extending into the stack , the channels (10) being formed by means of connected openings (11) in the deformed plates (1, 2) and the channels (10) being hydraulically connected to flow channels (12) present between the flat tubes (3),
characterized in that
A changeover valve (20) is arranged in one of the collecting boxes (4, 5), with which at least the majority of the gas flow to be conducted through the flat tubes (3) either through a plurality of cooled flat tubes (3) of the stack or through at least one uncooled one Flat tube (3) is steerable, a separation between the cooled and the at least one uncooled flat tube (3) being provided by means of an insulation plate (30) which is connected to a deformed plate (1, 2) of the at least one uncooled flat tube (3) and is connected to the adjacent deformed plate (1, 2) of a cooled flat tube (3), a space (101) not flowed through remaining between the insulation plate (30) and the deformed plate (1, 2).
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