EP1626238A1

EP1626238A1 - Wärmetauscher, bestehend aus Flachrohren

Info

Publication number: EP1626238A1
Application number: EP04019339A
Authority: EP
Inventors: Viktor Dipl.-Ing. Brost; Christoph Dipl.-Ing. Ruf
Original assignee: Modine Manufacturing Co
Current assignee: Modine Manufacturing Co
Priority date: 2004-08-14
Filing date: 2004-08-14
Publication date: 2006-02-15
Anticipated expiration: 2024-08-14
Also published as: EP1626238B1; US7243707B2; US20060032613A1; ES2279264T3; DE502004002379D1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, bestehend aus Flachrohren (3), die unter Bildung von Kanälen (10) angeordnet sind, bei dem beispielsweise ein Gas, wie Abgas oder Ladeluft, durch die Flachrohre (3) strömt und dabei, mittels Kühlmittel, das durch die Kanäle (10) zwischen den Flachrohren (3) strömt, gekühlt wird und der einen Bypass (4) aufweist, durch den das Gas im Wesentlichen ungekühlt strömen kann. Ein kompakter und herstellungsfreundlicher Wärmetauscher wird erfindungsgemäß dadurch geschaffen, dass wenigstens einige der Flachrohre (3) einen gekühlten Bereich (11) und einen ungekühlten Bereich (12) aufweisen, wobei in dem ungekühlten Bereich (12) der wenigstens eine Bypass (4) gebildet ist und wobei sich in dem gekühlten Bereich (11) zwischen je zwei Flachrohren (3) wenigstens ein Kanal (10) befindet.

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, bestehend aus Flachrohren, die unter Bildung von Kanälen zueinander angeordnet sind, in dem beispielsweise ein Gas, wie Abgas oder Ladeluft, durch die Flachrohre strömt und dabei mittels Kühlmittel, das durch die Kanäle zwischen den Flachrohren strömt, gekühlt wird und der einen Bypass aufweist, durch den das Gas ungekühlt strömen kann.
Ein Wärmetauscher dieser Art wurde in der bisher nicht veröffentlichten deutschen Anmeldung DE 103 28 638 und in der europäischen Anmeldung mit der Anmeldenummer EP 4009615.8 beschrieben. Solche Wärmetauscher sind äußerst kompakt und haben sehr gute Funktionseigenschaften.
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 verbesserte Energiebilanz. Deshalb wurden bereits vor vielen Jahren sämtliche Betriebsphasen im Kraftfahrzeug analysiert und Maßnahmen getroffen, mit denen den wechselnden Lastfällen entsprochen werden kann. Eine dieser Maßnahmen besteht darin, den Abgaswärmetauscher in Phasen, in denen die Kühlung des Abgases kontraproduktiv wäre, mittels Bypässen zu umgehen. Solche Betriebsphasen 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 demselben 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 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 sind nicht besonders kompakt, d. h. raumsparend, ausgebildet.
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 derselben 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.
Weitere Lösungen mit integrierten Bypässen sind in der DE101 42 539 A1 und in der DE 199 62 863 A1 beschrieben worden. Die dort gezeigten Wärmetauscher werden mittels aufwendiger Schweißverfahren hergestellt. Die Ausbildung des Bypasses ist auch ziemlich aufwendig zu realisieren. Die Wärmetauscher sind nicht besonders kompakt ausgebildet.
Schlussfolgernd aus der vorstehenden Beschreibungseinleitung besteht die Aufgabe der Erfindung darin, den Wärmetauscher derart mit einer Möglichkeit zur Umgehung (Bypass), beispielsweise mittels Abgas oder Ladeluft, auszubilden, dass die vorbildlichen Funktionseigenschaften und die Kompaktheit erhalten bleiben, und dass er vor allem herstellungsfreundlich bleibt.
Die erfindungsgemäße Lösung erfolgt bei einem dem Oberbegriff entsprechenden Wärmetauscher mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1.
Wenigstens einige der Flachrohre des Wärmetauschers weisen zwei Bereiche auf, wobei in dem ungekühlten Bereich wenigstens ein Bypass gebildet ist und wobei der andere Bereich der gekühlte Bereich ist, in dem sich die Kanäle zwischen den Flachrohren befinden. Durch diese vorgeschlagene Bauweise kann der Wärmetauscher trotz Vorhandenseins eines Bypasses sehr kompakt ausgebildet werden. Es kann ein einziger Bypass vorgesehen werden, der vorzugsweise entlang eines inneren Randbereiches der Flachrohre ausgebildet ist. Es können auch mehrere Bypässe innerhalb der Flachrohre ausgebildet werden, beispielsweise entlang gegenüberliegender Randbereiche der Flachrohre.
Vorzugsweise werden sämtliche Flachrohre des Wärmetauschers mit einem Bypass ausgebildet. Es ist jedoch auch möglich, den Bypass nicht in allen Flachrohren auszubilden.
Gemäß Anspruch 2 ist die Umsetzung des erfindungsgemäßen Vorschlages bei Wärmetauschern vorgesehen, deren Flachrohre allseitig von einem Gehäuse umgeben sind. In diesem Fall sind die Flachrohre vorzugsweise einstückig ausgebildet. Sie können beispielsweise aus Blech geformt und mittels Längsnaht geschweißt sein.
Im Gegensatz dazu besteht, gemäß Anspruch 3, jedes Flachrohr vorzugsweise aus zwei verformten Platten, wobei durch die Verformung der Platten die Kanäle und der wenigstens eine Bypass gebildet sind. Ein einfassendes Gehäuse ist in diesem Fall nicht erforderlich. Diese Ausführungsform ist bevorzugt, weil sie eine noch kompaktere Bauweise des Wärmetauschers gestattet.
Die verformten Platten weisen eine umlaufende Ausformung auf, mit der jeweils zwei angrenzende Platten miteinander verbunden sind, wobei innerhalb der umlaufenden Ausformung jeweils ein Kanal für das Kühlmittel, vorzugsweise für Flüssigkeit, ausgebildet ist.
Ein Einlass - und ein Auslasssammelkasten für beispielsweise Abgas oder Ladeluft ist vorhanden. Diese sind vorzugsweise an gegenüberliegenden Enden der Flachrohre angeordnet.
Die Flachrohre weisen nach einem besonderen Aspekt lediglich in ihrem gekühlten Bereich einen Inneneinsatz auf. Der Inneneinsatz ist ein gewelltes Blech, dessen Wellungen vorzugsweise diskrete Strömungspassagen beispielsweise für Abgas oder Ladeluft bilden. Der Inneneinsatz ist im Flachrohr an dessen Wand angelötet.
Die Trennung zwischen dem Bypass und dem Bereich, in dem der Wärmeaustausch zwischen Abgas/Ladeluft und Kühlmittel stattfindet, erfolgt durch den eingelegten Inneneinsatz und durch ein Trennblech, das im Einlass - bzw. Auslasssammelkasten angeordnet ist.
Das hat den nicht unwesentlichen Vorteil, dass wenigstens die an den Bypass angrenzende Strömungspassage des Inneneinsatzes im wesentlichen nicht vom Gas durchströmt ist, wodurch der Wärmeübergang zwischen den Bereichen unterdrückt wird. Das durch den Bypass strömende Abgas soll im Wesentlichen nicht gekühlt werden.
Jede der verformten Platten ist mit einer bereits erwähnten umlaufenden Ausformung versehen, wie es prinzipiell bereits in dem EP 992 756 B1 gezeigt und beschrieben wurde, auf das wegen hier möglicherweise fehlender Details ausdrücklich hingewiesen wird. Außerdem wird auf das EP mit der Anm. - Nr. 03 007 724.2 verwiesen, wo bestimmte Merkmale des Diffusors (Sammelkastens) 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 Kanal ein, der ein Strömungskanal für ein vorzugsweise flüssiges Kühlmittel darstellt. Diese Bauweise ist in dem erwähnten europäischen Patent näher beschrieben.
Von besonderem Vorteil der hier vorgeschlagenen Lösungen ist es, dass der gesamte beispielsweise Abgaswärmetauscher nach wie vor 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. Für den Fall des in den Sammelkasten integrierten Umschaltventils wird der zugehörige Sammelkasten nach dem Lötprozess angebracht, beispielsweise aufgeschweißt.
Wegen weiterer Merkmale wird auf die anderen abhängigen Ansprüche verwiesen.
Die Erfindung wird im Anschluss in Ausführungsbeispielen beschrieben. Aus dieser Beschreibung können zusätzliche Merkmale und Vorteile hervorgehen, die sich später als besonders wichtig herausstellen können.

Fig. 1 perspektivische, geschnittene Ansicht eines Teils des Wärmetauschers;
Fig. 2 Horizontalschnitt durch den Wärmetauscher mit Sammelkästen;
Fig. 3 alternative Darstellung zur Fig. 2 mit Klappenventil im Sammelkasten;
Fig. 4 Vertikalschnitt gemäß IV - IV aus Fig. 3;
Fig. 5 ähnlich Fig. 4, ohne Abdeckplatten und mit Noppen in den Kanälen;
Fig. 6 Ansicht auf die Stirnseite des Wärmetauschers ohne Sammelkasten;
Fig. 7 perspektivische Ansicht auf zwei Flachrohre mit Trennblech;
Fig. 8 wie Fig. 7, Trennblech geschnitten;
Fig. 9 alternative Lösung mit Gehäuse, Vertikalschnitt;
Fig.10 alternative Lösung mit Gehäuse, perspektivische Ansicht ohne Sammelkästen;

Die in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele beziehen sich auf mittels Kühlflüssigkeit der Brennkraftmaschine gekühlte Abgaswärmetauscher für ein Kraftfahrzeug, die in nicht gezeigter, bekannter Weise in ein Abgasrückführungssystem eingebunden sind.
In Fig. 1 ist eine perspektivische, teilweise geschnittene Ansicht eines Teils des erfindungsgemäßen Wärmetauschers gezeigt. In diesem Ausführungsbeispiel werden lediglich zwei Flachrohre 3 aufeinander gestapelt und mit je einem Sammelkasten 20, 22 an den Stirnseiten des Wärmetauschers versehen. (s. Fig. 2) Es können je nach Bedarf auch mehr als zwei Flachrohre 3 verwendet werden. Die Flachrohre 3 werden aus zwei identisch verformten Platten 1, 2 zusammengesetzt. Eine der Platten 1 oder 2 wird dabei um 180° um die Längsachse gedreht. Am Rand 9 entlang der Längsachse der Platten 1, 2 werden sie später verlötet. Die Verformung der Platten 1, 2 umfasst eine umlaufende Ausformung 80. Diese dient dazu, zwischen den Platten 1, 2 benachbarter Flachrohre 3 jeweils wenigstens einen Kanal 10 für das Kühlmittel auszubilden, der sich also jeweils zwischen zwei Flachrohren 3 befindet. Auf der Längsseite 85 des Wärmetauschers, wird die Ausformung 80 breiter ausgebildet, sodass dort die Platten 1 oder 2 flach aneinander liegen, um einen Bypass 4 im Flachrohr 3 auszubilden. Durch diesen kann das Abgas geleitet werden, wenn es nicht erwünscht ist, dass es durch das Kühlmittel gekühlt wird. Wie die Abbildungen zeigen, handelt es sich genaugenommen um mehrere, nämlich um eine der Anzahl der Flachrohre 3 entsprechende Anzahl von Bypässen. Diese werden hier jedoch als ein Bypass 4 angesehen, der mehrfach unterteilt ist. Es bestünde die Möglichkeit, die aneinander anliegenden Ausformungen 80 auf der Längsseite 85 mit einem oder mehreren Ausschnitten zu versehen, wodurch die Unterteilung in "mehrere Bypässe" aufgehoben wäre.
Im Unterschied dazu besteht darüber hinaus die in den Figuren ebenfalls nicht gezeigte Möglichkeit, durch entsprechende Ausbildung der Platten 1, 2 , beispielsweise im unteren Abschnitt (Fig. 3), auf der anderen Längsseite 85 der Flachrohre 3, einen weiteren Bypass 4 einzurichten.
In den Flachrohren 3 sind wellenförmige Inneneinsätze 5 mit vorzugsweise diskreten Strömungspassagen 20 für das Abgas eingesteckt worden. Die Inneneinsätze 5 erstrecken sich in Längsrichtung der Flachrohre 3 etwa über deren gesamte Länge, in Querrichtung jedoch nur über den gekühlten Bereich 11 der Flachrohre 3. Insofern ist durch die Inneneinsätze 5 der gekühlte Bereich 11 vom ungekühlten Bereich 12 abgegrenzt worden. Im in den Fig. 1 und 2 gezeigten Fall wird außerhalb des Wärmetauschers durch ein Umschaltventil 25 die Verteilung des Abgases auf den gekühlten Bereich 11 und/oder den ungekühlten Bereich 12 (Bypass 4) erreicht. (nicht gezeigt) Im Sammelkasten 20 ist ein Trennblech 6 integriert. Es sitzt mit einem abragenden Fuß 13 auf dem zum Bypass 4 hinweisenden letzten Wellenberg 16 bzw. auf der angrenzenden Strömungspassage 20 des Inneneinsatzes 5 auf, um diese Strömungspassage 20 zu verschließen. Zumindest diese eine Strömungspassage 20 sollte diskret ausgebildet sein, damit durch die darin enthaltene Luft der Wärmeübergang vom gekühlten Bereich 11 auf den ungekühlten Bereich 12 (Bypass 4) unterdrückt wird. Die restlichen durch den Inneneinsatz 5 gebildeten Strömungspassagen 20 müssen nicht unbedingt seitlich geschlossen, also diskret ausgebildet sein. Die gebogene Wand 14 des Trennbleches 6 weist in den Sammelkasten 20 und ist an der Trennung der beiden Anschlussstutzen 21a und 21 b fest mit dem Sammelkasten 20 verlötet.
In der Fig. 2 ist ein exakt in der Ebene der Lötverbindung zwischen zwei mit ihren Ausformungen 80 aneinander anliegenden Platten 1 und 2 verlaufender Horizontalschnitt durch den Wärmetauscher der Fig. 1 mit Sammelkästen 20 und 22 gezeigt, der also durch einen Kühlmittelkanal 10 hindurchgeht. Dieser Kanal 10 wird rundum von der umlaufenden Ausformung 80 eingefasst. Deshalb wird kein Rohrboden 90 und kein einfassendes Gehäuse für den Wärmetauscher benötigt. Das Kühlmittel wird über die Anschlüsse 30 und 32 durch die Kanäle 10 geleitet. Es fließt vorzugsweise im Gegenstrom mit dem zu kühlenden Abgas. Auch die Positionierung der Anschlüsse 30, 32 ist lediglich als beispielhaft zu verstehen. Die gezeigte Positionierung hat den Vorteil, dass die Strömung der Abgase nicht behindert wird und dass der Inneneinsatz 5 nicht ausgeschnitten werden muss, da sich die Anschlüsse 30, 32 außerhalb des Strömungsweges der Abgase befinden. (siehe auch EP 992 756 B1) Der gekühlte Bereich 11 wird gleichmäßig vom Kühlmittel durchströmt. Im Sammelkasten 20 ist das Trennblech 6 mit Fuß 13 und der gebogenen Wand 14 zu sehen. Der Vorteil dieses Wärmetauschers besteht darin, dass er nach dem Zusammenfügen aller Teile in einem Lötvorgang hergestellt werden kann. Dafür muss allerdings das Umschaltventil 25 außerhalb des Wärmetauschers angebracht werden, weshalb der Auslassstutzen 21 des Abgases in zwei Auslassstutzen 21a und 21b für beide Zweige, gekühltes und ungekühltes Abgas, unterteilt ist. Um den Strömungsweg des Abgases zu verdeutlichen, sind Strömungspfeile eingezeichnet. Diese Art von Abgaswärmetauscher wird in der Weise eingesetzt, dass das Umschaltventil 25 auf der Abgas - Auslassseite des Wärmetauschers angebracht ist.
Im Vergleich dazu muss in Fig. 3, nach dem Löten des Wärmetauschers einschließlich seines linken Sammelkastens 22, der rechte Sammelkasten 20, mit dem bereits eingebautem Umschaltventil 25, nachträglich angebracht, beispielsweise angeschweisst werden. In diesem Fall wirkt die gebogene Wand 14 mit dem Umschaltventil 25 zusammen, um zu gewährleisten, dass kein Abgas vom ungekühlten Bereich 12 in den gekühlten Bereich 11 strömt und umgekehrt. Der Vorteil dieser Lösung ist die noch kompaktere Ausgestaltung des Systems "Wärmetauscher mit Umschaltventil 25 und Bypass 4".
In Fig. 4 ist ein Vertikalschnitt gemäß IV-IV aus Fig. 3 zu sehen. Um eine optimale Kühlung des Abgases zu erreichen, sind eine Deckplatte 7 mit umlaufender Ausformung 81 und eine Bodenplatte 8 mit umlaufender Ausformung 81 angebracht. Dadurch entstehen zwei zusätzliche Kanäle 10, durch die Kühlmittel strömen kann. Die Deck - 7 und die Bodenplatte 8 sind aus etwas dickeren Blechen geformt, um die Stabilität des Wärmetauschers zu erhöhen. Auch bei diesen beiden Platten wird auf der Längsseite 85 des Wärmetauschers, auf der sich der Bypass 4 befindet, die umlaufernde Ausformung 81 breiter ausgebildet, um zu verhindern, dass Kühlmittel um den Bypass 4 strömt. Die Deck- 7 und die Bodenplatte 8 liegen im ungekühlten Bereich 12 direkt auf den Flachrohren 3 auf.
Die Fig. 5 zeigt ebenfalls einen Schnitt in Querrichtung des Wärmetauschers, jedoch in einem modifizierten Ausführungsbeispiel. Dort wurden die Deck- 7 und Bodenplatte 8 weggelassen. Es sind Ausprägungen 26 vorgesehen. Sie befinden sich in allen Platten 1, 2, da es sich auch hier um identische Platten 1, 2 handelt. Die Ausprägungen 26 dienen einerseits dazu, die Kanäle 10 zu stabilisieren und andererseits dazu, die Turbulenz des Kühlmittels zu erhöhen. Die Ausprägungen 26 können noppenförmig oder sickenartig ausgestaltet sein. Auch ihre Anzahl ist der Größe und den Stabilitätsanforderungen des Wärmetauschers anzupassen.
Im Fall des alternativen Lösungsvorschlages eines Wärmetauschers, der in den Fig. 9 und 10 gezeigt ist, und der aus einstückigen, geschweißten Flachrohren 3 und aus einem diese umfassenden Gehäuse 101 besteht, könnten ebenfalls Ausprägungen 26 vorgesehen werden, um die Kanäle 10 zwischen den Flachrohren 3 und zwischen dem Flachrohr 3 und dem Gehäuse 101 zu verstärken. Vorzugsweise sind die Ausprägungen 26 im gekühlten Bereich 11 vorhanden.
In Fig 6 ist eine Frontalansicht der Stirnseite des Wärmetauschers ohne Trennblech 6 und ohne Sammelkästen 20, 22 zu sehen. Der letzte diskrete Strömungskanal 20, Wellenberg 16 des Inneneinsatzes 5 vor dem Bypass 4 ist hier noch offen, da noch kein Trennblech 6 aufgesetzt ist.
In den Fig. 7 und 8 ist je eine perspektivische Ansicht der Stirnseite des Wärmetauschers, jedoch ohne Sammelkästen 20, 22, gezeigt. Durch das Anbringen des Trennbleches 6 mit seinem abragenden Fuß 13 auf dem letzten Wellenberg 16, wird dieser für das Abgas wenigstens nahezu dicht verschlossen, sodass hierdurch eine thermische Trennung zwischen dem ungekühlten Bereich 12 und dem gekühlten Bereich 11 besteht. Um dies zu verdeutlichen, ist das Trennblech 6 in Fig.8 geschnitten dargestellt.
Gemäß dem bereits angesprochenen alternativen Lösungsvorschlag aus den Figuren 9 und 10 sind drei übereinander gestapelte Flachrohre 3 mit einem Gehäuse 101 und mit dazwischen liegenden Kanälen 10 für das Kühlmittel vorgesehen. Auch hier ist wieder ein gewellter Inneneinsatz 5 in jedes Flachrohr 3 eingesteckt worden. Der Inneneinsatz 5 erstreckt sich nur über den gekühlten Bereich 11 des Flachrohres 3. Um zu verhindern, dass das Kühlmittel den ungekühlten Bereich 12, zusammengesetzt aus mehreren einzelnen Bypässen 4, umströmt, ist das Gehäuse 101 hier verformt, so dass es direkt auf den Flachrohren 3 aufliegt. Es ist ein Absatz 106 angeformt. Zur weiteren Trennung der Bereiche 11 und 12 sind Einlegeteile 102 oder vergleichbare Einrichtungen nötig, die, zwischen den Flachrohren 3 angeordnet, das Kühlmittel daran hindern, um die einzelnen Bypässe 4 herum zu strömen. Es besteht auch die Möglichkeit ein nicht verformtes Gehäuse 101 zu verwenden und dafür ein dem Einlegeteil 102 ähnliches Blech auch zwischen Gehäuse 101 und den äußeren Flachrohren 3 einzusetzten. Das Gehäuse 101 könnte auch zweiteilig ausgebildet sein. Es würde dann eine Verbindungsnaht aufweisen, die eine Verbindung vorzugsweise mittels Löten gestattet. Auf den Stirnseiten des Wärmetauschers sind Rohrböden 90 und Sammelkästen 20, 22 für das Abgas aufgesetzt. Beide Details sind nicht gezeigt, aber notwendig, damit der Wärmetauscher funktioniert. Rohrböden 90 weisen bekanntlich dem Umfang der Flachrohre 3 entsprechende Öffnungen auf, mit deren Rand die Enden der Flachrohre 3 dicht verbunden sind. Damit wird die Strömung des Gases vom Sammelkasten 20 oder 22 in die Flachrohre 3 gesichert und gleichzeitig die Trennung zu den Kanälen 10 für das Kühlmittel gewährleistet. Der Umfang der Rohrböden 90 ist mit dem Gehäuse 101 verbunden. Es ist ein Trennblech 6 in einem der Sammelkästen 20, 22 erforderlich, um auch im Sammelkasten 20, 22 das gekühlte vom ungekühlten Abgas zu trennen. Es können wieder beide Varianten verwendet werden, entweder mit im Sammelkasten 20, 22 integriertem Umschaltventil 25 oder mit zwei Auslassstutzen 21a und 21b. Das Trennblech 6 muss dann dementsprechend ausgebildet sein.
In Fig. 10 ist eine perspektivische Ansicht gezeigt. Mit 105 ist einer der Einlass - oder Auslassstutzen für das Kühlmittel bezeichnet. Die Einlass- und Auslassstutzen 105 für das Kühlmittel können seitlich, wie gezeigt, oder auch oben und/oder unten am Gehäuse 101 angebracht sein.
Nicht gezeigt, aber je nach Größe des Wärmetauschers sinnvoll, sind Ausprägungen 26, die die Flachrohre 3 beabstanden. Solche Ausprägungen 26 sind in Fig. 5 gezeigt. (siehe oben) Sie lassen sich auch auf anders gestaltete Flachrohre 3 übertragen. Die Ausprägungen 26 sind vorzugsweise im gekühlten Bereich 11 vorhanden. Alternativ können auch statt Ausprägungen 26 Distanzleisten, ähnlich den Einlegeteilen 102, zwischen je zwei Flachrohren 3 und zwischen Flachrohr 3 und Gehäuse 101 eingesetzt werden.
Eine weitere nicht gezeigte Alternative bei einstückigen Flachrohren 3 ist die Möglichkeit statt eines Einlegeteil 102 an den Flachrohren 3 selbst eine Ausformung 110 auszubilden, die sich über die gesamte Länge der Flachrohre 3 auf der Längsseite 85 erstreckt. Diese Ausformung 110 dient in erster Linie dazu den ungekühlten Bereich 12 vom gekühlten Bereich 11 zu trennen. Die Rohrböden 90 an den Strinseiten des Wärmetauschers müssen dann entstprechende Ausschnitte aufweisen, um die Flachrohre 3 aufnehmen zu können. Zusätzlich können diese Flachrohre 3 noch Ausprägungen 26 aufweisen. Sowohl die Ausformung 110, als auch die Ausprägungen 26, können auf beiden Flachseiten, oben und unten, an den Flachrohren 3 vorhanden sein, so wird auch der Absatz 106 am Gehäuse 101 überflüssig, da dessen Funktion nun von der Ausformung 110 übernommen wird. Wie in allen vorangehenden Ausführungsbeispielen wird auch hier in jedes Flachrohr 3 in den gekühlten Bereich 11 ein gewellter Inneneinsatz 5 eingesteckt und in einen der Sammelkästen 20, 22 ein Trennblech 6 vorgesehen. Es können wieder beide Varianten verwendet werden, entweder mit im Sammelkasten 20, 22 integriertem Umschaltventil 25 oder mit zwei Auslassstutzen 21a und 21b. Das Trennblech 6 muss dann dementsprechend ausgebildet sein.
Die gezeigten und beschriebenen Ausführungsbeispiele zeigen Wärmetauscher mit lediglich einem Stapel aus Flachrohren 3, bestehend aus zwei oder drei Flachrohren 3. Wie vorne bereits dargelegt, wird die Anzahl der Flachrohre 3 pro Stapel zweckentsprechend angepasst. Darüber hinaus gibt es nicht gezeigte Ausführungsbeispiele, die mehrere Stapel von Flachrohren 3 besitzen. In solchen Fällen kann es zweckmäßig sein, den Bypass 4 in wenigstens der Mehrzahl der Flachrohre 3 eines einzigen Stapels auszubilden. Es besteht dann die Möglichkeit, den Querschnitt des Bypasses 4 im Vergleich mit den gezeigten Ausführungen zu vergrößern.

Claims

Wärmetauscher, bestehend aus Flachrohren (3), die unter Bildung von Kanälen (10) zueinander angeordnet sind, bei dem beispielsweise ein Gas, wie Abgas oder Ladeluft, durch die Flachrohre (3) strömt und dabei, mittels Kühlmittel, das durch die Kanäle (10) zwischen den Flachrohren (3) strömt, gekühlt wird und der einen Bypass (4) aufweist, durch den das Gas im Wesentlichen ungekühlt strömen kann,
dadurch gekennzeichnet, dass
wenigstens einige der Flachrohre (3) einen gekühlten Bereich (11) und einen ungekühlten Bereich (12) aufweisen, wobei in dem ungekühlten Bereich (12) der wenigstens eine Bypass (4) gebildet ist und wobei sich in dem gekühlten Bereich (11) zwischen je zwei Flachrohren (3) wenigstens ein Kanal (10) befindet.
Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass alle Flachrohre (3) vorzugsweise einstückig ausgebildet sind und übereinander, unter Belassung von die Kanäle (10) bildenden Zwischenräumen angeordnet und von einem die Flachrohre (3) einfassenden Gehäuse (101) umgeben sind.
Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Flachrohr (3) aus zwei verformten Platten (1, 2) gebildet ist, wobei durch die Verformung der Platten (1, 2) die Kanäle (10) und der wenigstens eine Bypass (4) gebildet sind, wobei kein die Flachrohre (3) einfassendes Gehäuse (101) vorhanden ist.
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Einlass - und ein Auslasssammelkasten (20, 22) für das Gas vorhanden sind.
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Flachrohre (3) in dem gekühlten Bereich (11) einen Inneneinsatz (5) aufweisen.
Wärmetauscher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Inneneinsatz (5) ein gewelltes Blech ist, dessen Wellungen vorzugsweise diskrete Strömungspassagen (16) für das Gas bilden.
Wärmetauscher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennung zwischen dem Bypass (4) und dem gekühlten Bereich (11) durch den eingelegten Inneneinsatz (5) und durch ein Trennblech (6) erfolgt, das im Einlass - bzw. Auslasssammelkasten (20, 22) angeordnet ist.
Wärmetauscher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens die an den Bypass (4) angrenzende Strömungspassage (20, 16) des Inneneinsatzes (5) im wesentlichen nicht vom Gas durchströmt ist und somit den Wärmeübergang zwischen den Bereichen (11) und (12) unterdrückt.
Wärmetauscher wenigstens nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass die verformten Platten (1, 2) eine umlaufende Ausformung (80) aufweisen, mit der jeweils zwei angrenzende Platten (1, 2) miteinander verbunden sind, wobei innerhalb der umlaufenden Ausformung (80) jeweils ein Kanal (10) für das Kühlmittel, vorzugsweise für Flüssigkeit, ausgebildet ist.
Wärmetauscher nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass
die umlaufende Ausformung (80) auf der Längsseite (85), die den nicht gekühlten Bereich (11), Bypass (4) beinhaltet, breiter ist, als auf den restlichen drei Seiten des Wärmetauschers.
Wärmetauscher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass
die Flachrohre (3) an einigen Stellen Ausprägungen (26) aufweisen, um die Flachrohre (3) zu beabstanden.
Wärmetauscher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Platten (1, 2) Ausprägungen (26) aufweisen, um die Kanäle (10) zu verstärken.
Wärmetauscher nach Anspruch 1, 2 und 11, dadurch gekennzeichnet, dass der gekühlte Bereich (11) vom den Bypass (4) aufweisenden Bereich (12) dadurch abgetrennt ist, dass die Kanäle (10) zwischen den Flachrohren (3) sich erstreckende Einlegeteile (102) aufweisen.
Wärmetauscher nach Anspruch 1, 2 und 11, dadurch gekennzeichnet, dass
der gekühlte Bereich (11) vom den Bypass (4) aufweisenden Bereich (12) dadurch abgetrennt ist, dass die Flachrohre (3) dort eine sich über die gesamte Länge der Flachrohre (3) erstreckende Ausformung (110) aufweisen, .
Wärmetauscher nach Anspruch 1, 2, 11, 13, 14 dadurch gekennzeichnet, dass
ein Rohrboden (90) am Aus - und Einlasssammelkasten (20, 22) des Gases die Kühlmittelkanäle (10) dicht verschließt.
Wärmetauscher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trennblech (6) ein integraler Teil des Sammelkastens ist.