EP1926963A1 - Heat exchanger - Google Patents

Heat exchanger

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Publication number
EP1926963A1
EP1926963A1 EP06776519A EP06776519A EP1926963A1 EP 1926963 A1 EP1926963 A1 EP 1926963A1 EP 06776519 A EP06776519 A EP 06776519A EP 06776519 A EP06776519 A EP 06776519A EP 1926963 A1 EP1926963 A1 EP 1926963A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
heat exchanger
inlet
flow
exchanger according
flow channel
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP06776519A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Hermann Knaus
Jens Supper
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mahle Behr GmbH and Co KG
Original Assignee
Behr GmbH and Co KG
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Filing date
Publication date
Application filed by Behr GmbH and Co KG filed Critical Behr GmbH and Co KG
Publication of EP1926963A1 publication Critical patent/EP1926963A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F13/00—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing
    • F28F13/06—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by affecting the pattern of flow of the heat-exchange media
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B29/00—Engines characterised by provision for charging or scavenging not provided for in groups F02B25/00, F02B27/00 or F02B33/00 - F02B39/00; Details thereof
    • F02B29/04—Cooling of air intake supply
    • F02B29/045—Constructional details of the heat exchangers, e.g. pipes, plates, ribs, insulation, materials, or manufacturing and assembly
    • F02B29/0462—Liquid cooled heat exchangers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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    • F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/13—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories
    • F02M26/22—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories with coolers in the recirculation passage
    • F02M26/29—Constructional details of the coolers, e.g. pipes, plates, ribs, insulation or materials
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    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/02—Header boxes; End plates
    • F28F9/026—Header boxes; End plates with static flow control means, e.g. with means for uniformly distributing heat exchange media into conduits
    • F28F9/0265—Header boxes; End plates with static flow control means, e.g. with means for uniformly distributing heat exchange media into conduits by using guiding means or impingement means inside the header box
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    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
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    • F28D2021/008—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for for vehicles
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the invention relates to a heat exchanger, in particular an exhaust gas cooler of a motor vehicle, according to the preamble of claim 1.
  • the return of exhaust gas is known, with both a high-pressure exhaust gas recirculation and a low-pressure exhaust gas recirculation is possible.
  • the exhaust gas flow is cooled to temperatures of about 15O 0 C to 200 0 C and mixed with the intake air.
  • a cooling medium in the exhaust gas cooler a partial flow of the engine coolant is usually used at these temperatures of the cooled intake air.
  • the exhaust gas recirculation is the more effective, the lower the gas outlet temperatures are on the exhaust gas cooler. The same applies to other coolers as well as to heat exchangers in general.
  • a heat exchanger in particular for a motor vehicle, particularly preferably an exhaust gas cooler or charge air cooler, is provided, with at least one inlet and one outlet for the medium to be cooled or heated and / or the cooling or heating medium, wherein the inlet is designed such that a component of movement in the tangential direction with respect to the previous normal direction of movement and / or the main movement direction directly adjoining the inlet is introduced into the heat exchanger, preferably before the medium to be cooled or heated into the heat exchanger, in particular an inlet diffuser or boxes, entrance.
  • the flow pattern on entry into the heat exchanger is improved in that the flow separates less from the wall, in particular when the flow cross-section changes, and thus distributes itself more uniformly over the entire cross-section.
  • the peak flow velocities that typically occur in the middle can thus be reduced.
  • the flow rates in the outer areas are slightly increased.
  • a diffuser is provided or formed in the area of the inlet, which further improves the flow path in the inlet area.
  • a flow channel swirl body arrangement in particular a swirl body diffuser, is preferably provided.
  • the flow in the flow channel swirler assembly preferably receives a tangential component, wherein the tangential component at the outer circumference is preferably greater than in the middle.
  • the swirl body has repeating, uniformly distributed in the circumferential direction, serving as guide elements sections which are formed running in the inflow region in the flow direction and formed in the outflow obliquely to the flow direction in the inflow region running.
  • guide elements sections which are formed running in the inflow region in the flow direction and formed in the outflow obliquely to the flow direction in the inflow region running.
  • two to eight, in particular three to five, particularly preferably four, such sections are provided.
  • the flow channel swirl body arrangement or the swirl body is preferably made of a metal or a metal alloy, in particular aluminum or an aluminum alloy or stainless steel. This is preferably the same material as is used for the heat exchanger.
  • soldering or welding of the arrangement with the inlet or swirl body into the inlet is preferably carried out. This can be done in one operation with the soldering of the heat exchanger, so that the manufacturing costs, in particular with regard to the time required and the required energy can be reduced.
  • one or more components of the heat exchanger are formed of cast iron and a swirl body cast directly.
  • a swirl body is formed by punching out of a sheet metal or cast component.
  • the flow in the region of the inlet into a flow channel of the inlet region can take place in the tangential direction.
  • the flow channel can be both a simple tube and a diffuser.
  • a component in the direction of the longitudinal axis of the flow channel is preferably provided in order to further optimize the velocity distribution.
  • 1 is a schematic view of an exhaust gas cooler
  • 2a is a diagram illustrating the velocity distribution of the coolant flow in the individual channels in a conventional exhaust gas cooler, wherein the deviation of the mass flow distribution is shown by the uniform distribution in%,
  • 2b shows a diagram to illustrate the velocity distribution of the coolant flow in the individual channels in an exhaust gas cooler with a swirler in the inlet, wherein the deviation of the mass flow distribution from the DC distribution is shown in%
  • FIG. 3 is a perspective view of a flow channel swirler assembly
  • FIG. 4 is a perspective view of the swirl body of Fig. 3
  • 5 is a plan view of the flow channel swirler assembly of FIG. 3, FIG.
  • Fig. 6 is a schematic view of the tangential inflow into a diffuser
  • FIG. 7 is a side view of Fig. 6.
  • a heat exchanger 1 is provided, formed by an exhaust gas cooler, as it is used for the cooling of recirculated exhaust gas of a turbocharger.
  • a flow channel swirler assembly 3 is provided at the inlet 2, shown schematically in FIG. 1 by the circular, dotted area in front of the coolant ducts shown in section. as shown in Figures 3 to 5 in detail.
  • the flow channel swirl body arrangement 3 like the exhaust gas cooler, is made of stainless steel and is soldered to the exhaust gas cooler in the region of the inlet opening for the coolant, which takes place in the same working step as the soldering or welding of the individual components forming the exhaust gas cooler.
  • the flow channel swirl body arrangement 3 is designed as a diffuser 4 with a swirl body 5, wherein the cross section of the diffuser 4 widens slightly in the flow direction.
  • the swirl body 5 is provided, consisting of four guide elements 6, which are connected on the outside in one piece with the diffuser 4 and in the middle with each other along the longitudinal axis of the diffuser 4.
  • the four guide elements 6 are each formed the same and evenly over the circumference of the diffuser 4th distributed.
  • Each guide element 6 has an inflow region 7, which extends parallel to the normal flow direction, which runs parallel to the longitudinal axis of the diffuser 4.
  • each guide element 6 After the relatively short inflow region 7, which is formed rounded on the inflow side and in which each Leitele- ment 6 extends radially from the center of the diffuser 4 to the diffuser 4, the guide element 6 is formed bent.
  • the bending of the guide element 6 begins in a region in which the diameter of the diffuser 4 widens so that, in addition to or as a consequence of the tangential velocity component, a radial velocity component of the flow is also imposed, as a result of which the coolant is better distributed to the subsequent cross section .
  • each guide element 6 extends radially from the center of the diffuser 4 to the diffuser 4 (see Fig. 4).
  • the flow channel swirler assembly 3 results in a flow which also - at the wall surfaces substantially adjacent - spreads outwards and thus relatively evenly distributed over a larger cross-section.
  • the more uniform velocity distribution over the entire cross section significantly reduces the conventionally occurring peak flow velocities in the center, with the total flow rate of coolant being approximately the same.
  • the inlet 2 in the heat exchanger 1 is arranged laterally at one end of a flow channel 9 (shown here as a pipe with a larger cross-section than the feed line, although it may also be a diffuser), that the inflowing medium is automatically connected to a ner Tangentialkomponente is acted upon and the following flow path helically or helically widening forms, so that at the outlet from the flow channel there is a flow which also - at the wall surfaces substantially adjacent - spreads outwards and thus relatively evenly distributed over a larger cross-section ,
  • a component in the direction of the downstream flow channel may also be provided by appropriate arrangement of the inlet at the same time.

Abstract

The invention relates to a heat exchanger (1), in particular for a motor vehicle, having at least one inlet (2) and one outlet for the medium which is to be cooled or heated and/or the medium which provides the cooling or heating action, wherein the inlet (2) is designed such that, upon entering the heat exchanger (1), the flowing medium has imparted to it a movement component in the tangential direction with respect to the preceding normal movement direction and/or with respect to the main movement direction directly adjacent to the inlet. According to the invention, a swirl body (5) is preferably provided in the inlet (2).

Description

BEHR GmbH & Co. KG Mauserstraße 3, 70469 Stuttgart BEHR GmbH & Co. KG Mauserstrasse 3, 70469 Stuttgart
Wärmetauscherheat exchangers
Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, insbesondere einen Abgaskühler eines Kraftfahrzeugs, gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.The invention relates to a heat exchanger, in particular an exhaust gas cooler of a motor vehicle, according to the preamble of claim 1.
Zur Verringerung der Partikel- und Stickoxidemission bei Dieselmotoren ist die Rückführung von Abgas bekannt, wobei sowohl eine Hochdruck- Abgasrückführung als auch eine Niederdruck-Abgasrückführung möglich ist. Dabei wird der Abgasstrom auf Temperaturen von ca. 15O0C bis 2000C ab- gekühlt und der Ansaugluft zugemischt. Als Kühlmedium im Abgaskühler wird bei diesen Temperaturen der gekühlten Ansaugluft in der Regel ein Teilstrom des Motor-Kühlmittels verwendet. Die Abgasrückführung ist hierbei um so wirkungsvoller, je niedriger die Gasaustrittstemperaturen am Abgaskühler sind. Entsprechendes gilt auch für andere Kühler, wie auch für Wär- metauscher allgemein.To reduce the particle and nitrogen oxide emissions in diesel engines, the return of exhaust gas is known, with both a high-pressure exhaust gas recirculation and a low-pressure exhaust gas recirculation is possible. In this case, the exhaust gas flow is cooled to temperatures of about 15O 0 C to 200 0 C and mixed with the intake air. As a cooling medium in the exhaust gas cooler, a partial flow of the engine coolant is usually used at these temperatures of the cooled intake air. The exhaust gas recirculation is the more effective, the lower the gas outlet temperatures are on the exhaust gas cooler. The same applies to other coolers as well as to heat exchangers in general.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten Wärmetauscher zur Verfügung zu stellen. Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Wärmetauscher mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche. Erfindungsgemäß ist ein Wärmetauscher, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, insbesondere bevorzugt ein Abgaskühler oder Ladeluftkühler, vorgesehen, mit mindestens einem Einlass und einem Auslass für das zu kühlende oder zu erwärmende Medium und/oder das kühlende oder erwärmende Medium, wobei der Einlass derart ausgebildet ist, dass dem strömenden Medium eine Bewegungskomponente in tangentialer Richtung bezüglich der vorherigen normalen Bewegungsrichtung und/oder der direkt an den Einlass anschließenden Hauptbewegungsrichtung bei Eintritt in den Wärmetauscher auferlegt wird, bevorzugt bevor das zu kühlende oder zu erwärmende Medium in den Wärmetauscher, insbesondere einen Eintrittsdiffusor oder -kästen, eintritt. Durch die tangentiale Komponente der Strömungsgeschwindigkeit verbessert sich der Strömungsverlauf bei Eintritt in den Wärmetauscher dadurch, dass sich die Strömung insbesondere bei sich änderndem Strömungsquerschnitt weniger von der Wand ablöst und sich so gleichmäßiger auf den gesamten Querschnitt verteilt. Insbesondere die Spitzenströmungsgeschwindigkeiten in der Mitte, die üblicherweise auftreten, können so verringert werden. Zudem werden die Strömungsgeschwindigkeiten in den äußeren Bereichen etwas erhöht.Based on this prior art, it is an object of the invention to provide an improved heat exchanger available. This object is achieved by a heat exchanger with the features of claim 1. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims. According to the invention, a heat exchanger, in particular for a motor vehicle, particularly preferably an exhaust gas cooler or charge air cooler, is provided, with at least one inlet and one outlet for the medium to be cooled or heated and / or the cooling or heating medium, wherein the inlet is designed such that a component of movement in the tangential direction with respect to the previous normal direction of movement and / or the main movement direction directly adjoining the inlet is introduced into the heat exchanger, preferably before the medium to be cooled or heated into the heat exchanger, in particular an inlet diffuser or boxes, entrance. Due to the tangential component of the flow velocity, the flow pattern on entry into the heat exchanger is improved in that the flow separates less from the wall, in particular when the flow cross-section changes, and thus distributes itself more uniformly over the entire cross-section. In particular, the peak flow velocities that typically occur in the middle can thus be reduced. In addition, the flow rates in the outer areas are slightly increased.
Der Einfluss derartiger Maßnahmen auf die gesamte Durchflussmenge, die in Abhängigkeit mit dem Druckverlust steht, ist unter Umständen positiv, da durch die bessere Gleichverteilung in den Strömungskanälen des Wärmetauschers die Druckverluste durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Einlasses gegebenenfalls mehr als kompensiert werden. Durch eine bessere Gleichverteilung der Strömung wird darüberhinaus unter Umständen eine gleichmäßigere Bauteiltemperatur erreicht, was zu einer Reduzierung von thermisch bedingten mechanischen Spannungen beiträgt.The influence of such measures on the total flow rate, which is dependent on the pressure loss, may be positive, since the pressure losses are optionally more than compensated by the inventive design of the inlet due to the better uniform distribution in the flow channels of the heat exchanger. In addition, a better uniform distribution of the flow under certain circumstances a more uniform component temperature is achieved, which contributes to a reduction of thermally induced mechanical stresses.
Bevorzugt ist in Bereich des Einlasses ein Diffusor vorgesehen oder ausge- bildet, welcher den Strömungsverlauf im Einlassbereich weiter verbessert. Im Einlass ist vorzugsweise eine Strömungskanal-Drallkörper-Anordnung, insbesondere ein Diffusor mit Drallkörper, vorgesehen. Die Strömung in der Strömungskanal-Drallkörper-Anordnung erhält vorzugsweise eine tangentiale Komponente, wobei die tangentiale Komponente am Außenumfang bevor- zugt größer als in der Mitte ist.Preferably, a diffuser is provided or formed in the area of the inlet, which further improves the flow path in the inlet area. In the inlet, a flow channel swirl body arrangement, in particular a swirl body diffuser, is preferably provided. The flow in the flow channel swirler assembly preferably receives a tangential component, wherein the tangential component at the outer circumference is preferably greater than in the middle.
Vorzugsweise weist der Drallkörper sich wiederholende, in Umgangsrichtung gleichmäßig verteilt angeordnete, als Leitelemente dienende Abschnitte auf, die im Anströmbereich in Strömungsrichtung verlaufend ausgebildet und im Abströmbereich schräg zur Strömungsrichtung im Anströmbereich verlaufend ausgebildet sind. Hierbei sind vorzugsweise zwei bis acht, insbesondere drei bis fünf, besonders bevorzugt vier, derartige Abschnitte vorgesehen.Preferably, the swirl body has repeating, uniformly distributed in the circumferential direction, serving as guide elements sections which are formed running in the inflow region in the flow direction and formed in the outflow obliquely to the flow direction in the inflow region running. In this case, preferably two to eight, in particular three to five, particularly preferably four, such sections are provided.
Die Strömungskanal-Drallkörper-Anordnung beziehungsweise der Drallkör- per besteht vorzugsweise aus einem Metall oder einer Metalllegierung, insbesondere aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung oder Edelstahl. Hierbei handelt es sich bevorzugt um das gleiche Material, wie auch für den Wärmetauscher verwendet wird. Dabei erfolgt bevorzugt ein Verlöten oder Verschweißen der Anordnung mit dem Einlass bzw. des Drallkörpers in den Einlass. Dies kann in einem Arbeitsgang mit dem Verlöten des Wärmetauschers erfolgen, so dass sich die Herstellungskosten, insbesondere in Hinblick auf den Zeitaufwand und die erforderliche Energie, reduzieren lassen. Durch die Verwendung des gleichen Materials lassen sich zudem unterschiedliche Wärmeausdehnungen vermeiden, so dass die Belastungen der Lötverbindungen verringert werden kann und die Sicherheit wie auch die Lebensdauer erhöht wird.The flow channel swirl body arrangement or the swirl body is preferably made of a metal or a metal alloy, in particular aluminum or an aluminum alloy or stainless steel. This is preferably the same material as is used for the heat exchanger. In this case, soldering or welding of the arrangement with the inlet or swirl body into the inlet is preferably carried out. This can be done in one operation with the soldering of the heat exchanger, so that the manufacturing costs, in particular with regard to the time required and the required energy can be reduced. By using the same material, it is also possible to avoid different thermal expansions, so that the loads on the soldered joints can be reduced and the safety as well as the service life can be increased.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel sind ein oder mehrere Bauteile des Wärmetauschers aus Guß gebildet und ein Drallkörper direkt eingegossen. Alternativ ist ein Drallkörper durch Ausstanzen aus einem Blech- oder Gußbauteil gebildet. Alternativ zum Vorsehen eines Drallkörpers kann die Anströmung im Bereich des Einlasses in einen Strömungskanal des Einlassbereichs in tangentialer Richtung erfolgen. Hierbei kann es sich beim Strömungskanal sowohl um ein einfaches Rohr als auch um einen Diffusor handeln. Bevorzugt wird neben der Tangentialkomponente eine Komponente in Richtung der Längsachse des Strömungskanals vorgesehen, um die Geschwindigkeitsverteilung weiter zu optimieren.According to one embodiment, one or more components of the heat exchanger are formed of cast iron and a swirl body cast directly. Alternatively, a swirl body is formed by punching out of a sheet metal or cast component. As an alternative to providing a swirl body, the flow in the region of the inlet into a flow channel of the inlet region can take place in the tangential direction. In this case, the flow channel can be both a simple tube and a diffuser. In addition to the tangential component, a component in the direction of the longitudinal axis of the flow channel is preferably provided in order to further optimize the velocity distribution.
Im Folgenden wird ein Wärmetauscher anhand zweier Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnung im Einzelnen erläutert. Es zeigen:In the following, a heat exchanger will be explained with reference to two embodiments with reference to the drawings in detail. Show it:
Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Abgaskühlers,1 is a schematic view of an exhaust gas cooler,
Fig. 2a ein Diagramm zur Verdeutlichung der Geschwindigkeitsverteilung der Kühlmittelströmung in den einzelnen Kanälen bei einem herkömmlichen Abgaskühler, wobei die Abweichung der Massenstromverteilung von der Gleichverteilung in % dargestellt ist,2a is a diagram illustrating the velocity distribution of the coolant flow in the individual channels in a conventional exhaust gas cooler, wherein the deviation of the mass flow distribution is shown by the uniform distribution in%,
Fig. 2b ein Diagramm zur Verdeutlichung der Geschwindigkeitsverteilung der Kühlmittelströmung in den einzelnen Kanälen bei einem Abgaskühler mit einem Drallkörper im Einlass, wobei die Abweichung der Massenstromverteilung von der Gleich- Verteilung in % dargestellt ist,2b shows a diagram to illustrate the velocity distribution of the coolant flow in the individual channels in an exhaust gas cooler with a swirler in the inlet, wherein the deviation of the mass flow distribution from the DC distribution is shown in%,
Fig. 3 eine perspektivische Darstellung einer Strömungskanal- Drallkörper-Anordnung,3 is a perspective view of a flow channel swirler assembly,
Fig. 4 eine perspektivische Ansicht des Drallkörpers von Fig. 3, Fig. 5 eine Draufsicht auf die Strömungskanal-Drallkörper- Anordnung von Fig. 3,4 is a perspective view of the swirl body of Fig. 3, 5 is a plan view of the flow channel swirler assembly of FIG. 3, FIG.
Fig. 6 eine schematische Ansicht des tangentialen Einströmens in einen Diffusor, undFig. 6 is a schematic view of the tangential inflow into a diffuser, and
Fig. 7 eine Seitenansicht von Fig. 6.7 is a side view of Fig. 6.
Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ist ein Wärmetauscher 1 vorgese- hen, gebildet durch einen Abgaskühler, wie er für die Kühlung von rückgeführtem Abgas eines Turboladers verwendet wird. Um eine möglichst gleichmäßige Verteilung des für die Abgaskühlung verwendeten Motor- Kühlmittels zu ermöglichen, ist am Einlass 2, in Fig. 1 schematisch durch den kreisförmigen, gepunkteten Bereich vor den geschnitten dargestellten Kühlmittelkanälen dargestellt, des Abgaskühlers eine Strömungskanal- Drallkörper-Anordnung 3 vorgesehen, wie in den Figuren 3 bis 5 im Detail dargestellt.According to the first embodiment, a heat exchanger 1 is provided, formed by an exhaust gas cooler, as it is used for the cooling of recirculated exhaust gas of a turbocharger. In order to allow the most uniform possible distribution of the engine coolant used for the exhaust gas cooling, a flow channel swirler assembly 3 is provided at the inlet 2, shown schematically in FIG. 1 by the circular, dotted area in front of the coolant ducts shown in section. as shown in Figures 3 to 5 in detail.
Die Strömungskanal-Drallkörper-Anordnung 3 besteht, wie auch der Abgas- kühler, aus Edelstahl und ist mit dem Abgaskühler im Bereich der Eintrittsöffnung für das Kühlmittel verlötet, was im gleichen Arbeitsschritt wie das Verlöten beziehungsweise Verschweißen der den Abgaskühler bildenden Einzelteile erfolgt.The flow channel swirl body arrangement 3, like the exhaust gas cooler, is made of stainless steel and is soldered to the exhaust gas cooler in the region of the inlet opening for the coolant, which takes place in the same working step as the soldering or welding of the individual components forming the exhaust gas cooler.
Die Strömungskanal-Drallkörper-Anordnung 3 ist als Diffusor 4 mit einem Drallkörper 5 ausgebildet, wobei sich der Querschnitt des Diffusors 4 in Strömungsrichtung leicht erweitert. Im Inneren des Diffusors 4 ist der Drallkörper 5 vorgesehen, bestehend aus vier Leitelementen 6, die außenseitig vorliegend einstückig mit dem Diffusor 4 und in der Mitte miteinander entlang der Längsachse des Diffusors 4 verbunden sind. Die vier Leitelemente 6 sind jeweils gleich ausgebildet und gleichmäßig über den Umfang des Diffusors 4 verteilt. Jedes Leitelement 6 weist einen Anströmbereich 7 auf, welcher sich parallel zur normalen Strömungsrichtung erstreckt, die parallel zur Längsachse des Diffusors 4 verläuft. Nach dem relativ kurzen Anströmbereich 7, der anströmseitig abgerundet ausgebildet ist und in welchem jedes Leitele- ment 6 radial von der Mitte des Diffusors 4 bis zum Diffusor 4 verläuft, ist das Leitelement 6 gebogen ausgebildet. Die Biegung des Leitelements 6 beginnt vorliegend in einem Bereich, in welchem sich auch der Durchmesser des Diffusors 4 erweitert, so dass neben oder in Folge der tangentialen Geschwindigkeitskomponente auch eine radiale Geschwindigkeitskomponente der Strömung auferlegt wird, wodurch sich das Kühlmittel besser auf den nachfolgenden Querschnitt verteilt. Vom Anströmbereich 7 bis zum Abströmbereich 8 verläuft jedes Leitelement 6 radial von der Mitte des Diffusors 4 bis zum Diffusor 4 (vgl. Fig. 4).The flow channel swirl body arrangement 3 is designed as a diffuser 4 with a swirl body 5, wherein the cross section of the diffuser 4 widens slightly in the flow direction. Inside the diffuser 4, the swirl body 5 is provided, consisting of four guide elements 6, which are connected on the outside in one piece with the diffuser 4 and in the middle with each other along the longitudinal axis of the diffuser 4. The four guide elements 6 are each formed the same and evenly over the circumference of the diffuser 4th distributed. Each guide element 6 has an inflow region 7, which extends parallel to the normal flow direction, which runs parallel to the longitudinal axis of the diffuser 4. After the relatively short inflow region 7, which is formed rounded on the inflow side and in which each Leitele- ment 6 extends radially from the center of the diffuser 4 to the diffuser 4, the guide element 6 is formed bent. In the present case, the bending of the guide element 6 begins in a region in which the diameter of the diffuser 4 widens so that, in addition to or as a consequence of the tangential velocity component, a radial velocity component of the flow is also imposed, as a result of which the coolant is better distributed to the subsequent cross section , From the inflow region 7 to the outflow region 8, each guide element 6 extends radially from the center of the diffuser 4 to the diffuser 4 (see Fig. 4).
Durch das Vorsehen der Strömungskanal-Drallkörper-Anordnungs 3 ergibt sich eine Strömung, die sich auch - an den Wandflächen im Wesentlichen anliegend - nach außen ausbreitet und sich somit auf einen größeren Querschnitt relativ gleichmäßig verteilt. Insbesondere werden durch die gleichmäßigere Geschwindigkeitsverteilung über den gesamten Querschnitt die übli- cherweise auftretenden Spitzenströmungsgeschwindigkeiten in der Mitte deutlich verringert, wobei insgesamt die Durchflussmenge an Kühlmittel etwa gleich ist.By providing the flow channel swirler assembly 3 results in a flow which also - at the wall surfaces substantially adjacent - spreads outwards and thus relatively evenly distributed over a larger cross-section. In particular, the more uniform velocity distribution over the entire cross section significantly reduces the conventionally occurring peak flow velocities in the center, with the total flow rate of coolant being approximately the same.
Die deutlich verbesserte Verteilung des Kühlmittels ist bei einem Vergleich der in den Figuren 2a und 2b dargestellten Diagramme ersichtlich. Hierbei erfolgt mit Hilfe der Strömungskanal-Drallkörper-Anordnung 3 eine deutliche Verringerung der Strömungsgeschwindigkeiten im mittleren Bereich und eine entsprechende Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeiten im äußeren Bereich, so dass sich insgesamt eine viel gleichmäßigere Geschwindigkeitsver- teilung ergibt, wodurch sich der Wirkungsgrad des Abgaskühlers deutlich erhöhen lässt. In den Figuren 6 und 7 ist schematisch eine Variante zum Vorsehen einer Strömungskanal-Drallkörper-Anordnung dargestellt, welche bei entsprechender Ausgestaltung des Einlassbereichs annähernd zu einer entspre- chenden Vergleichmäßigung des Geschwindigkeitsverteilung führen kann. Hierbei ist der Einlass 2 in den Wärmetauscher 1 derart seitlich an einem Ende eines Strömungskanals 9 (hier als Rohr mit größerem Querschnitt als die Zuleitung dargestellt, wobei es sich jedoch auch um einen Diffusor handeln kann) angeordnet, dass das einströmende Medium automatisch mit ei- ner Tangentialkomponente beaufschlagt wird und sich der nachfolgende Strömungsverlauf schraubenartig oder schraubenartig erweiternd ausbildet, so dass bei Austritt aus dem Strömungskanal eine Strömung vorliegt, die sich auch - an den Wandflächen im Wesentlichen anliegend - nach außen ausbreitet und sich somit auf einen größeren Querschnitt relativ gleichmäßig verteilt.The significantly improved distribution of the coolant can be seen in a comparison of the diagrams shown in Figures 2a and 2b. In this case, with the aid of the flow channel swirl body arrangement 3, a clear reduction of the flow velocities in the middle region and a corresponding increase of the flow velocities in the outer region occur, so that the result is a much more uniform velocity distribution, whereby the efficiency of the exhaust gas cooler can be significantly increased , A variant for providing a flow channel swirler arrangement is shown schematically in FIGS. 6 and 7, which with an appropriate configuration of the inlet region can approximately lead to a corresponding equalization of the velocity distribution. In this case, the inlet 2 in the heat exchanger 1 is arranged laterally at one end of a flow channel 9 (shown here as a pipe with a larger cross-section than the feed line, although it may also be a diffuser), that the inflowing medium is automatically connected to a ner Tangentialkomponente is acted upon and the following flow path helically or helically widening forms, so that at the outlet from the flow channel there is a flow which also - at the wall surfaces substantially adjacent - spreads outwards and thus relatively evenly distributed over a larger cross-section ,
Alternativ kann neben der Tangentialkomponente durch entsprechende Anordnung des Einlasses gleichzeitig auch eine Komponente in Richtung des nachfolgenden Strömungskanals vorgesehen sein. Alternatively, in addition to the tangential component, a component in the direction of the downstream flow channel may also be provided by appropriate arrangement of the inlet at the same time.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e Patent claims
1. Wärmetauscher, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit mindestens einem Einlass (2) und einem Auslass für das zu kühlende oder erwärmende Medium und/oder das kühlende oder zu erwärmende Medium, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlass (2) derart ausgebildet ist, dass dem strömenden Medium eine Bewegungskomponente in tangentialer Richtung bezüglich der vorherigen normalen Bewegungsrichtung und/oder der direkt an den Einlass anschließenden Hauptbewegungsrichtung bei Eintritt in den Wärmetauscher (1 ) auferlegt wird.1. A heat exchanger, in particular for a motor vehicle, with at least one inlet (2) and an outlet for the medium to be cooled or heated and / or the cooling or to be heated medium, characterized in that the inlet (2) is designed such that a component of movement in the tangential direction with respect to the previous normal direction of movement and / or the main movement direction directly following the inlet when entering the heat exchanger (1) is imposed on the flowing medium.
2. Wärmetauscher nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass in Bereich des Einlasses (2) ein Diffusor (4) vorgesehen oder ausgebildet ist.2. Heat exchanger according to claim 1, characterized in that in the region of the inlet (2), a diffuser (4) is provided or formed.
3. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Einlass (2) eine Strömungskanal-Drallkörper-Anordnung (3), insbesondere ein Diffusor (4) mit Drallkörper (5), vorgesehen ist.3. Heat exchanger according to claim 1 or 2, characterized in that in the inlet (2) a flow channel swirler assembly (3), in particular a diffuser (4) with swirl body (5), is provided.
4. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömung in der Strömungskanal-Drallkörper- Anordnung (3) eine tangentiale Komponente erhält, wobei die tangentiale Komponente am Außenumfang größer als in der Mitte ist. 4. Heat exchanger according to one of the preceding claims, characterized in that the flow in the flow channel-Swirl body assembly (3) receives a tangential component, wherein the tangential component at the outer periphery is greater than in the middle.
5. Wärmetauscher nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Drallkörper (5) sich wiederholende in Umgangsrichtung gleichmäßig verteilt angeordnete, als Leitelemente (6) dienende Ab- schnitte aufweist, die im Anströmbereich (7) in Strömungsrichtung verlaufend ausgebildet und im Abströmbereich (8) schräg zur Strömungsrichtung im Anströmbereich (7) verlaufend ausgebildet sind.5. Heat exchanger according to claim 3 or 4, characterized in that the swirl body (5) repetitive in the direction of uniformly distributed, as guide elements (6) serving sections has formed in the inflow region (7) running in the flow direction and in the outflow area (8) are formed to extend obliquely to the flow direction in the inflow region (7).
6. Wärmetauscher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwei bis acht, insbesondere drei bis fünf, derartige Abschnitte vorgesehen sind.6. Heat exchanger according to claim 5, characterized in that two to eight, in particular three to five, such sections are provided.
7. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungskanal-Drallkörper-Anordnung (3) oder der Drallkörper (5) aus einem Metall oder einer Metalllegierung, insbesondere aus Aluminium oder einer Aluminiumiegierung oder Edelstahl gefertigt ist.7. Heat exchanger according to one of the preceding claims, characterized in that the flow channel swirler assembly (3) or the swirl body (5) is made of a metal or a metal alloy, in particular of aluminum or an aluminum alloy or stainless steel.
8 Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungskanal-Drallkörper-Anordnung (3) oder der Drallkörper (5) mit dem Wärmetauscher (1) verlötet und/oder verschweißt ist.8. Heat exchanger according to one of the preceding claims, characterized in that the flow channel swirler assembly (3) or the swirl body (5) with the heat exchanger (1) is soldered and / or welded.
9. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anströmung im Bereich des Einlasses (2) in einen Strömungskanal (9) des Einlassbereichs des Wärmetauschers (1 ) in tangentialer Richtung bezüglich des Strömungskanals (9) vorgesehen ist.9. Heat exchanger according to one of the preceding claims, characterized in that the flow in the region of the inlet (2) in a flow channel (9) of the inlet portion of the heat exchanger (1) in the tangential direction with respect to the flow channel (9) is provided.
10. Wärmetauscher nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Anströmung im Bereich des Einlasses (2) in einen Strömungskanal (9) des Einlassbereichs in tangentialer Richtung zusätzlich mit einer Komponente in Richtung der Längsachse des Strömungskanals (9) vorgesehen ist.10. Heat exchanger according to claim 9, characterized in that the flow in the region of the inlet (2) in a flow channel (9). of the inlet region in the tangential direction is additionally provided with a component in the direction of the longitudinal axis of the flow channel (9).
11. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (1 ) ein Abgaskühler ist.11. Heat exchanger according to one of the preceding claims, characterized in that the heat exchanger (1) is an exhaust gas cooler.
12. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (1 ) ein Ladeluftkühler ist. 12. Heat exchanger according to one of the preceding claims, characterized in that the heat exchanger (1) is a charge air cooler.
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