EP1941224A1 - Wärmetauscher - Google Patents

Wärmetauscher

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Publication number
EP1941224A1
EP1941224A1 EP06806267A EP06806267A EP1941224A1 EP 1941224 A1 EP1941224 A1 EP 1941224A1 EP 06806267 A EP06806267 A EP 06806267A EP 06806267 A EP06806267 A EP 06806267A EP 1941224 A1 EP1941224 A1 EP 1941224A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
heat exchanger
medium
housing element
disc
exchanger according
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP06806267A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Klaus Irmler
Ulrich Maucher
Jens Ruckwied
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
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Behr GmbH and Co KG filed Critical Behr GmbH and Co KG
Publication of EP1941224A1 publication Critical patent/EP1941224A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D9/00—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D9/0031—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one heat-exchange medium being formed by paired plates touching each other
    • F28D9/0043—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one heat-exchange medium being formed by paired plates touching each other the plates having openings therein for circulation of at least one heat-exchange medium from one conduit to another
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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
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    • F02M26/29—Constructional details of the coolers, e.g. pipes, plates, ribs, insulation or materials
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    • F28D9/0093—Multi-circuit heat-exchangers, e.g. integrating different heat exchange sections in the same unit or heat-exchangers for more than two fluids
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    • F28F21/06—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials of plastics material
    • F28F21/065—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials of plastics material the heat-exchange apparatus employing plate-like or laminated conduits
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    • F02M26/29—Constructional details of the coolers, e.g. pipes, plates, ribs, insulation or materials
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    • F28F2250/00—Arrangements for modifying the flow of the heat exchange media, e.g. flow guiding means; Particular flow patterns
    • 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 present invention relates to heat exchangers, in particular for cooling exhaust gas, as well as a modular heat exchanger system.
  • Today's diesel engines are usually equipped with exhaust gas recirculation chillers to meet the ever-increasing requirements for exhaust gas pollution control. By cooling the exhaust gas and recirculating the cooled exhaust gas, the combustion temperature is lowered and leads to reduced NOX emissions.
  • DE 102 30 852 A1 discloses a heat exchanger with a first collecting tank and with a second collecting tank for a first medium, wherein the two collecting tanks each have a first media connection for the first medium and are communicatively connected to one another via at least one heat exchanger are and with a, the heat exchanger element receiving, inside a second medium leading housing having second media ports for the second medium.
  • the housing accommodates in its interior at least one collection box, preferably both header tanks, at least partially with at least partially present existing distance to the housing inner wall.
  • DE 100 61 949 A1 further discloses a heat exchanger which has a core region for carrying out a heat exchange between a first fluid and a second fluid, wherein the core region comprises a multiplicity of tubes which form first passages in the interior, through which the first fluid wherein the tubes are arranged to form a plurality of spaces between adjacent tubes through which the second medium flows, and a plurality of ribs each disposed in each space between adjacent tubes for dividing each space into a plurality of space portions which communicate with each other Openings are provided, which are provided in each rib; and a core housing accommodating the core portion and forming a second passage having the plurality of spaces, the two ends of each tube being separated from the inner wall surface of the core case at right angles to the longitudinal direction of the tubes, thereby providing predetermined clearances the inner wall surface of the core case, and the predetermined clearances are provided so as to communicate with each other along the entire surface area of the tubes in the lamination direction of the tube.
  • the core region comprises a multiplicity of tubes which form first
  • Exhaust coolers are typically laser welded or Ni-base brazed. and have ribs on the gas side. This ribs are usually cassetted in tubes and then soldered in a housing. Other known concepts provide for the Aufflötten of discs.
  • the object of the invention is to improve a heat exchanger, in particular for cooling exhaust gas, as well as a modular heat exchanger system.
  • the object of the invention is a heat exchanger according to claim 1, in particular for cooling exhaust gas, with at least a first flow channel of a first medium, in particular a gas, with at least a second flow channel of at least a second medium, in particular a cooling medium, with at least a first ticket Be, with at least one second disc, wherein the first disc and the second disc are connected to each other and form the first flow channel of the first medium, with at least one housing element, in particular a first housing member and a second housing member, which with the first disc and with form the second disc, the second flow channel of the second medium, wherein the first housing member is cooled by the second medium.
  • the first flow channel leads through inlet openings of the first medium, which in particular hot exhaust gas with a temperature of 200 0 C to 800 °, by pairs of disks, each formed by two discs to an outlet opening.
  • the second second flow channel of a second medium in particular a cooling medium, in particular a liquid cooling medium such as water, leads through at least one inlet and at least one housing element, in particular a second housing element and through the opening due to a spacing of adjacent disc pairs and disc edge surfaces an outlet, in a second housing element.
  • a first disc is connected to a second disc, in particular by material bond, such as soldering, welding, gluing.
  • the first disks, the second disks and the housing element surround the second flow channels.
  • the first housing element is cooled.
  • the thermoelectric voltages are reduced.
  • the heat exchanger, in particular the exhaust gas heat exchanger has a much greater durability.
  • the housing member is made of a material manufacturer adjustable, which is not heat-resistant and especially at temperatures greater than 200 ° C, especially temperatures greater than 400 would be destroyed 0 C.
  • the housing element made of plastic or aluminum can be produced inexpensively, whereby the manufacturing costs decrease significantly.
  • the heat exchanger has a first housing element, which can be flowed around substantially completely by the second medium, in particular cooling medium, and which cools the housing element particularly advantageously, so that virtually no thermal stresses occur or are advantageously reduced and the fatigue strength increased considerably and the material costs are lowered particularly advantageous.
  • the temperature of the first medium, in particular of the exhaust gas of an internal combustion engine, before it enters the heat exchanger is higher than the temperature of the second medium, in particular of the cooling medium, before it enters the heat exchanger.
  • the first housing element made of a first material, in particular aluminum or plastic, and the second housing element of a different second material, in particular steel, is formed.
  • both housing elements are cooled particularly advantageously by the cooling medium.
  • the first material, aluminum, plastic, etc. is particularly advantageous cost and leads advantageously to a weight saving and a smaller space requirement.
  • the second housing element at least one housing opening, in particular a first housing opening for entry of the first medium in the first flow channel, in particular a second housing opening for a ride of the first medium from the first flow channel, in particular a third housing opening for a Admission of the second medium in the second flow channel and in particular a fourth housing opening for the outraging of the first medium from the second flow channel, on.
  • first housing element and the second housing element in at least one stacking direction of the first discs and the second discs are obvious.
  • the discs and disc pairs are particularly advantageous mountable and manufacturable.
  • the first housing element and the second housing element are cohesively, in particular by soldering, welding, gluing, etc., connected and connectable and / or positive, in particular by screws, clips, or by forming such as, folding, crimping, Beading, etc., connected or connectable.
  • first housing element and the second housing element with a sealing element are particularly advantageously sealed against each other.
  • the first disc and / or the second disc on characteristics, in particular turbulence generating elements between adjacent discs and / or disc pairs, whereby the Heat transfer Zweichen the first medium and the second medium is particularly advantageous improved.
  • the cups each have at least one cup opening, in particular for the passage of the first cooling medium on.
  • a plurality of pairs of discs are particularly advantageous stackable and connected to Napfö Stammsr initially cohesively, in particular by soldering, welding, gluing, etc., with each other.
  • the disk pairs form the first flow channels for the first medium, in particular for exhaust gas to be cooled, wherein the exhaust gas to be cooled flows particularly advantageously within a number of pairs of disks.
  • two adjacent pairs of discs are spaced from each other.
  • the second flow channels of the second medium, in particular cooling medium are particularly advantageously formed between adjacent disk pairs.
  • the second flow channels of the second medium, in particular cooling medium are formed between the first housing element and a disc pair edge surface.
  • the disk pair edge surface is in particular the outer surface of the outer side of the interconnected pairs of disks of first and second disks.
  • third flow channels of a third medium are formed in addition to the second flow channels, whereby the exhaust gas in two cooling stages successively is particularly advantageous coolable.
  • the third flow channels of the third medium between the first housing element and the Scheibenformrand- surfaces are formed particularly advantageous.
  • the third flow channels are separated from the second flow channels, in particular by at least one partition wall element.
  • the at least two cooling circuits are separated particularly advantageous and the first housing element is cooled particularly advantageous, whereby thermoelectric voltages are particularly advantageous reduced and the fatigue strength of the heat exchanger particularly advantageous increases, and the cost Hestell especially reduced.
  • wide flow channels can be flowed through with the second medium, in particular cooling medium, of a high-temperature cooling circuit and the third flow channels can be flowed through with a third medium, in particular cooling medium, of a low-temperature cooling circuit.
  • a heat exchanger has a first housing element, the integral component of at least one other component, in particular a water jacket, a cylinder head of an internal combustion engine, a water tank a coolant radiator, etc., is.
  • the heat exchanger can be integrated in this way in an existing component, whereby in particular the space, especially in the front region of a vehicle is significantly reduced.
  • a heat exchanger has a second housing element but no first housing element.
  • the heat exchanger is used in particular for cooling exhaust gas, with at least one first flow channel of a first medium, in particular of a gas, with at least one second flow channel of an at least second medium, in particular a cooling medium, with at least one first disc, with at least one second disc, wherein the first disc and the second disc are connected to each other and form the first flow channel of the first medium, with at least one second housing element.
  • a modular heat exchanger system has at least one heat exchanger, in particular for cooling exhaust gas, with at least one first flow channel of a first medium, in particular of a gas, with at least one second flow channel of an at least second medium, in particular a cooling medium, with at least one first sheet, with at least one second disc, wherein the first disc and the second disc are connected to each other and form the first flow channel of the first medium, with at least one housing element, in particular a first housing element and a second housing element, which with the first disc and the second disc form the second flow channel of the second medium, wherein the first housing member is cooled by the second medium.
  • the cooler consists of a
  • the disk package consists of disk pairs which form a flow channel for a first medium and turbulence generating
  • turbulence inserts have. These can be be formed by indentations in the discs or preferably by a soldered turbulence plate.
  • the spaces between two slices form channels for a second medium.
  • two adjacent pairs of disks are connected at both ends to the adjacent pairs of disks in fluid communication via lateral openings which can be arranged in a dome or wells formed from one disk or from both disks, in order to bridge the gap between the pairs of disks.
  • the pairs of discs are in particular formed from two identical discs.
  • the spaces between the panes can each be supported by knobs, dimples or inserted elements, such as sheets, ribs, supporting elements against each other.
  • the supporting elements can be welded together, soldered or glued or held by positive locking.
  • Nubs or dimples are embossed in the disc material. They can also be pronounced as elongated beads for improving the flow distribution of the second medium in the flow channel.
  • the first medium will be a medium to be cooled, in particular a hot medium, usually a hot gas such as exhaust gas or compressed charge air and the second medium is a liquid cooling medium, such as coolant of an internal combustion engine or in future applications refrigerant of a refrigeration cycle.
  • the coolant can be guided in parallel or counter to the main flow direction of the first medium (direct current or countercurrent).
  • the concept is particularly suitable for the thermodynamically preferable countercurrent connection, as it is characterized by a particularly low boiler risk in the coolant, because by proper steering of the coolant dead water areas can be largely prevented.
  • the flow channel for the second medium may be divided into two sections, which are mixed with coolant from different Cooling circuits are supplied, in particular a circuit with warmer coolant at the inlet end of the first medium and a Niedertem- temperature cooling circuit at the outlet end of the first medium to increase the cooling capacity.
  • the separation of the circuits can be achieved, for example, by means of a transverse bead embossed in the disks, wherein the laterally free channel is blocked by a component that is form-fitting to the disk pair (a type of rake) with sufficient tightness.
  • Such rakes can also be carried out so that no transverse beads are required in the discs, but the channel is blocked by at least two rakes inserted into the disc bundle on the opposite sides. However, these rakes can in turn be positioned by beads or nubs, in particular during a soldering process or if there is no firm connection with the disk bundle
  • the channel for the second medium to the outside by a housing shell or he formed by a coolant-flowed cavity in another component for example in the water jacket or cylinder head of the engine block, in the water tank of a coolant radiator (Intank) or in a Coolant-flowed large housing, in which several heat exchangers are integrated and connected to form a module.
  • an at least two-part housing jacket is used which opens substantially in the stacking direction of the disk bundle.
  • the essential components of the housing shell form, for example, a cover or cover plate closing off the disk bundle at the top, as well as a trough into which the disk bundle is inserted.
  • Lid and tub are circumferentially connected to each other in a particularly favorable design, in particular also soldered.
  • the connections for the second medium are at the opposite ends of the housing and can be arranged in any arrangement in any of the parts of the housing. To integrate several cooling circuits further connections are provided in the radiator center.
  • the connections for the first medium can either be on the same side of the heat exchanger, for example, both in the lid or both in the housing pan.
  • the inlet or the outlet in the lid and the other connection is located in the housing pan.
  • the leadership of the first medium in the U-flow is possible. Not all disk pairs are in flow connection at the inlet for the first medium, but this connection is prevented at a point between two specific pairs of disks by the side connecting openings are either not executed between these pairs or an additional sheet is inserted, which is the connection locked and decoupled the pair of discs lying on the entry from the underlying disc pairs.
  • the first medium flows through the cooler in the interconnected under the entrance to the interruption slices in the heat exchanger longitudinal direction. At the other end, all the pairs of discs are connected to each other and the first medium flows into the pair of discs decoupled at the inlet end and flows back to the inlet end, where it leaves the heat exchanger on the side opposite the inlet through an outlet.
  • the housing must withstand the pressure of the second medium. In the direction perpendicular to the stacking direction of the heat exchanger, the housing is not soldered to the disc bundle. It may be useful to increase the pressure stability of this page by embossed beads in the housing.
  • the disks move transversely to the stacking direction during the soldering process.
  • the discs may be made in places form-fitting to the housing contour.
  • respective pairs of discs are prefabricated with a turbulence insert to channels for the first medium.
  • These pairs of disks can be connected to one another by means of a form-locking design with or without pressing, by a clamping or crimp connection, which is essentially a seam connection, by means of spot welds or adhesive dots or the like.
  • Embodiments without their own housing jacket of the heat exchanger are also particularly advantageous.
  • the disc bundle is closed at the top by a cover plate, in which the inlet and outlet for the first medium is integrated.
  • a base plate below is usually a base plate.
  • the attachment to the installation is carried out by a dense joint between the cover plate and the coolant flowing through the cavity-forming member, for example via a screw, crimp or flare, clamping connection, the seal is usually ment by a sealing element, for example an O-ring .
  • This type of connection can also be used for the execution of a separate radiator shell, for example, by a cover plate made of a steel or aluminum material in the manner mentioned is connected to a water-bearing plastic housing.
  • a flare connection or a screw connection with injection thread sleeves in a plastic component and oblong holes in the cover plate can be used.
  • the screw connection can be made through through holes in the housing and screwing in the cover plate (threads in passages, self-tapping screws in a smooth passage, threaded bushing).
  • the flow channel for the second medium (housing or cavity in another component) is advantageously designed so that it widens in the region in which the channel cross-section is severely limited by the dome at the disk ends, and then narrows again toward the center of the heat exchanger, so that the second medium is forced into the channels between the pairs of discs.
  • the distribution of the second medium can be significantly improved.
  • a likewise very favorable possibility to achieve the best possible distribution of the second medium is the funnel-shaped design of the transition of the disks from the domes to the channel for the 1st medium. This also forces the second medium into the channels between the pairs of discs.
  • an uncooled bypass passage can be provided in the cooler, for example in the form of one or more pairs of disks.
  • an air gap insulation of the bypass channel is preferably used.
  • bypass tube On the cover / cover a bypass tube, which may be one or two parts soldered, which is avoided by beads or knobs in the bypass channel and / or in the cover / cover a flat support -
  • the bypass can be formed in the same ways with additional sheets or tubes as described for the cover / cover plate.
  • the bypass can be applied to one of the two parts and the bypass can include the transverse connection between the pairs of discs
  • a bypass solution can be provided by the fact that the decoupling between the disc pairs on the inlet side and on the opposite side is performed switchable, for example by a rotary valve, which releases the direct path from the inlet to the outlet in the bypass case and normal Cooler operation interrupts the passage, so that the radiator is flowed through in the U-flow.
  • a conventional, external valve is used as a bypass valve with separate supply lines to the bypass and to the heat-transferring flow channels.
  • it can also be used in the inlet nozzle or outlet nozzle integrated valves or valves. These can in particular also be designed as a flap or rotary slide.
  • the design of the bypass valve as a combination valve, in which in addition to the circuit between the bypass and normal radiator operation both paths can be completely locked and thus the amount of recirculated exhaust gas can be controlled.
  • a heat exchanger in the cross-flow between the first and second medium can be used.
  • Such heat exchangers could preferably be used in the cooling module of a motor vehicle.
  • the medium to be cooled would be passed through the heat exchanger as the first medium, and cooling air would be used as the second medium.
  • a heat exchanger can with the cover plate and the bottom plate in the frame However, it can also have its own frame, on the one hand includes cover plate and bottom plate with but also also creates a connection between the cover plate and bottom plate, thus ensuring a stiffening of the heat exchanger.
  • connection between cover and bottom plate can be represented either by additional components which are connected to cover and bottom plate or by the clever design of the cover and bottom plate, for example as against each other opening, U-shaped components, which together form the frame. form.
  • This frame can also be in connection with the individual pairs of discs.
  • the connection can be made by positive locking, but in particular also be represented by a fixed solder joint.
  • the attachment of the heat exchanger is then carried out on the frame and / or via the connections for the first medium.
  • this can also be mounted in the chassis so in particular on the frame of a motor vehicle, in exceptional cases also motor-fixed.
  • such a component can be used as a direct exhaust gas cooler. But there are also applications as intercooler, coolant radiator, oil cooler, condenser, etc. makes sense.
  • 2 is an isometric view of the heat exchanger
  • 3 shows a section AA through the heat exchanger
  • 6a is a plan view of another embodiment of the heat exchanger with a formation in the inlet and outlet region of the housing element
  • 6b is an isometric view of a further exemplary embodiment of the heat exchanger with a formation in the inlet and outlet region of the housing element
  • FIG. 7 shows a further embodiment of the heat exchanger as a U-flow cooler
  • FIG. 8 shows a further exemplary embodiment of the heat exchanger as a double heat exchanger
  • FIG. 10 shows a further embodiment of the heat exchanger as a double heat exchanger with, wherein the first part of the heat exchanger is cooled with a high-temperature circuit and the second part of the heat exchanger is cooled with a low-temperature circuit,
  • 11 shows another embodiment of a heat exchanger in cross-flow configuration
  • 12 shows a further embodiment of a heat exchanger with an integrated bypass channel and a rotary valve for controlling the flow of the bypass channel and / or the heat exchanger section
  • Fig. 13 is another embodiment of a heat exchanger with an integrated bypass channel of the air gap insulated.
  • Fig. 1 shows an exploded view of a heat exchanger.
  • the heat exchanger 1 has a first housing element 6, 7 and a second housing element 8.
  • the housing member 6,7 receives first discs 4 and second discs 5 in itself.
  • the first disks 4 and the second disks 5 are arranged substantially parallel to one another and stackable.
  • a first disk 4 forms a disk pair 22 with a second disk 5.
  • the first and second disks are connected to one another in a material-locking manner, in particular by soldering, welding or gluing.
  • adjacent pairs of disks 22, in particular on cups 20 at both disk ends 19 of the disks 4, 5 or the pairs of disks 22, are connected to one another in a material-locking manner, in particular by soldering, welding or gluing.
  • the disks 4, 5 and the disk pairs have cup openings 21.
  • the first housing element 6,7 is integrally connected and / or positively connected to the second housing element.
  • the second housing element has a first housing opening 10 for the inlet 11 of the first medium.
  • the first medium in particular the hot exhaust gas, flows into and through the cup pairs 22 through the cup openings 21, flows through the pair of discs in the flow channel 2 formed in the interior and flows out of the latter through a second housing opening 12 of the housing element 8 exiting the exit 13.
  • the disk pairs are stackable in the stacking direction S.
  • the housing element 8 has a third housing opening 14, which passes through an inlet 15 cooling medium, in particular liquid coolant, cooling water, gas or refrigerant, in particular an air conditioner in the first housing element 6, 7 and thisdet, so that there are essentially no thermal stresses.
  • the second cooling medium flows around the outer sides of the disks 4, 5 and the pairs of disks 22 as well as the disk pair edge surfaces 24. It flows through openings which are formed by the spaced pairs of disks, whereby a heat exchange between the exhaust gas to be cooled takes place. Second flow channels 3 of the cooling medium are also formed between the first housing element 6, 7 and the disc pair edge surfaces 24, as a result of which the housing element 6, 7 is essentially cooled.
  • the cooling medium leaves via an outlet 17 a fourth housing opening 16 of the housing element 8.
  • the heat exchanger 1 can be installed as a module in a modular system.
  • the heat exchanger can be integrated in a cooling module.
  • a cooling module comprises in particular a plurality of heat exchangers, in particular coolant radiator, oil cooler, intercooler, exhaust gas cooler, heat exchanger of an air conditioner.
  • Fig. 2 shows an isometric view of the heat exchanger. Identical features are provided with the same reference numerals as in FIG. 1.
  • the housing member 6,7 takes in its interior the discs 4,5 and the
  • the first housing element 6,7 is connected to the second
  • Housing element 8 cohesively by soldering, welding, gluing, etc. and / or positively connected by crimping, Wellschlitzbördeln, crimping, folding, clips, etc. In an embodiment, not shown, both
  • FIG. 3 shows a section AA through the cup openings 21 of the heat exchanger. Identical features are provided with the same features as in the previous figures.
  • Fig. 4 shows a section BB through the heat exchanger. Identical features are provided with the same features as in the previous figures.
  • Adjacent pairs of disks are spaced apart by forms, in particular turbulence inserts or turbulence-generating elements. Especially. In particular, the heat transfer between the first medium and the second medium is improved.
  • Variants, in particular turbulence inserts or turbulence-generating elements, 18 are also arranged within the pairs of disks and in particular are connected to the disks 4, 5 by soldering, welding, gluing and / or formed from them by forming.
  • the pairs of disks may be laterally in contact with the housing element 6, as well as have a defined distance from each other.
  • Section B-B shows pair of discs in contact with housing element.
  • Fig. 5 shows an exploded view of another heat exchanger. Identical features are provided with the same features as in the previous figures.
  • the heat exchanger 25 has no first housing element. 8.
  • the heat exchanger 25 can be installed as a module in a modular system. In particular, it is arranged adjacent to a fan 26 and effetströms with air L.
  • the heat exchanger can be integrated in a cooling module.
  • a cooling module comprises in particular a plurality of heat exchangers, in particular coolant radiator, oil cooler, intercooler, exhaust gas cooler, heat exchanger of an air conditioner.
  • FIG. 6a shows a plan view
  • FIG. 6b shows an isometric view of a further exemplary embodiment heat exchanger 60 with a shaping in the inlet and outlet area of the housing element.
  • Identical features are provided with the same reference numerals as in the previous figures.
  • the cooling medium 17 in the inlet region is distributed optimally over the entire width of the disk pairs in the housing element 6, 7 by a formation 61, which is designed in particular as a bulge.
  • the inlet area of the first medium is cooled at its entire circumference.
  • Fig. 7 shows a further embodiment of the heat exchanger as a U-flow cooler. Identical features are provided with the same reference numerals as in the previous figures.
  • the heat exchanger 70 is designed as a so-called U-flow design.
  • the cooling medium 15,17 is passed axially, while the first medium flows in a U-shape through the heat exchanger.
  • a separating plate 71 is inserted. This has no opening in the region of the outlet of the first medium (cup region). While on the opposite side there is a suitable opening in the cup area, so that the first medium can flow from the upper half of the cooler into the lower half.
  • the position of the separating plate 71 is arranged in other embodiments not shown above or below the center, so that either above the dividing plates, the same number of disc pairs are present or they are unevenly distributed.
  • FIG. 8 shows a further embodiment of the heat exchanger as a double heat exchanger. Identical features are provided with the same reference numerals as in the previous figures.
  • Heat exchanger can be realized, which is designed as a double heat exchanger is.
  • the double heat exchanger 80 two media, a first medium and a third medium, in particular two different media, are cooled.
  • the flow direction of the two media takes place in cocurrent or in countercurrent.
  • Reference numeral 86 represents the exit for the third medium.
  • Reference numeral 87 represents the entry for the third medium. In another embodiment, the entrance 87 and the exit 86 are interchanged.
  • Fig. 9 shows a further embodiment of the heat exchanger with two-stage cooling. Identical features are provided with the same reference numerals as in the previous figures.
  • the heat exchanger 90 has two cooling media circuits.
  • the first cooling circuit is a high-temperature circuit.
  • the second cycle is a low temperature cycle.
  • the coolant in Hochtemperturniklauf has a higher temperature than the coolant in the low-temperature circuit. This makes it possible to realize a high and low temperature coolant circuit in a heat exchanger.
  • the separating plate 91 is designed as a rake. The separating plate 91 is pushed onto the pairs of discs, in particular orthogonal to the disc longitudinal axis SLA. Furthermore, the housing element has four openings 92, 93, 94 and 95 for the exit and / or entry of the two cooling media.
  • Reference numeral 97 represents the inlet for the second cooling medium, in particular the low-temperature circuit.
  • Reference numeral 96 represents the outlet for the second cooling medium.
  • the inlet 97 and the outlet 96 are reversed.
  • the heat exchanger 90 as a U-flow cooler, wherein the first and the second cooling medium performs a U-flow, formed, analogous to the embodiments in Figure 7 and 8.
  • Fig. 10 shows another embodiment of the heat exchanger as a double heat exchanger. Identical features are provided with the same reference numerals.
  • the heat exchanger 100 has a first partial heat exchanger 101, which is cooled by a high-temperature circuit, and a second partial heat exchanger 102, which is cooled by a low-temperature circuit. In another embodiment, high-temperature circuit and low-temperature circuit are reversed.
  • the second cooling medium enters partial heat exchanger 102, flows through it and leaves the partial heat exchanger through outlet 104.
  • Outlet 104 and inlet 103 are interchanged in another exemplary embodiment.
  • the third medium enters the partial heat exchanger 102 via the media inlet 105, flows through it and leaves it via the media outlet 106.
  • the media outlet 106 and the media inlet 107 are interchanged.
  • the separating plate 107 separates the first partial heat exchanger 102 and the second partial heat exchanger 103, in particular in terms of flow.
  • the heat exchanger 110 has no housing and is designed in particular as a cross-flow heat exchanger. In doing so, the currents between which a heat transfer occurs at least in some areas.
  • This is firmly connected to the disk pairs 4,5, for example, soldered, glued, mechanically joined, etc., so that a sufficient heat conduction between the pairs of disks and the rib 4,5 is ensured.
  • the rib 111 in particular the corrugated fin, is thereby flowed through by a cooling medium, for example air.
  • the air is moved by means of a cooling medium conveyor L 1, for example, a fan L.
  • a cooling medium conveyor L 1 for example, a fan L.
  • no rib is provided.
  • a turbulence generating structure is impressed into the disks, which improves the heat transfer.
  • the Buchströmer execution executed with a housing. This results in the advantage that this heat transfer medium not only in the front module of the vehicle, ie in the front of the vehicle, in which the flow is made by the wind, but regardless of which can be attached to a suitable location in the vehicle with its own cooling media promotion.
  • FIG. 12 shows a further exemplary embodiment of a heat exchanger 120 with an integrated bypass channel and a rotary valve for controlling the flow of the bypass channel 121 and / or the heat exchanger section 122.
  • Identical features are provided with the same reference numerals as in the previous figures.
  • the rotary valve 123 assumes a bypass position and / or a radiator throughflow position.
  • the rotary valve 123 has at least one recess. In the bypass position, the bypass 121 is flowed through. In the cooling position, the heat exchanger section 122 is flowed through. In another embodiment, bypass 121 and heat exchanger section are reversed.
  • the rotary valve 123 can also assume a position in which both the bypass 121 and the heat exchanger section are flowed through.
  • the rotary valve makes a rotation by an angle of rotation, in particular of 90 °, in order to move from the bypass position into the heat exchanger throughflow position.
  • FIG. 13 shows a further exemplary embodiment of a heat exchanger with an integrated bypass channel 131, which is designed to be air-gap-insulated. Identical features are provided with the same reference numerals.
  • the bypass channel 131 serves to bypass medium, so that the medium does not flow through the heat exchanger.
  • the insulation in particular air gap insulation, serves to prevent or reduce the heat transfer between the bypass channel 131 and the heat exchanger.
  • turbulence-generating elements or the turbulence inserts are designed as rib ribs.
  • Turbulence inlays with ribbed ribs have a relatively low tendency to accumulate deposits, in comparison to other inlays, in comparison with other liners, with smaller passage cross sections. Basically, it was to be feared that turbulence inserts with rib ribs would increasingly lead to the blocking of individual passageways due to the delicate structure of the rib ribs. However, this is the case to a surprisingly small extent, in particular if the webs of the rib ribs are relatively short. A possible explanation for this could be that through the A turbulent flow of the exhaust gas over large parts of the ribbed insert is a deposit of particles is reduced, whereas at longer, uniform channels ordered flows are formed, which favor the deposition of particles near the wall due to the very low flow velocity there.
  • the webs of the rib ribs have a length which is not more than about 10 mm, preferably not more than about 5 mm and particularly preferably not more than about 3 mm.
  • a length which is not more than about 10 mm, preferably not more than about 5 mm and particularly preferably not more than about 3 mm.
  • a density of the rib ribs transversely to the direction of the exhaust gas flow is preferably between about 20 rib ribs / dm and about 50 rib ribs / dm, preferably between about 25 rib ribs / dm and 45 rib ribs / dm.
  • a preferred height of the insert or Stegrippe is therefore between about 3.5mm and about 10mm, more preferably between about 4mm and about 8mm and more preferably between about 4.5mm and about 6mm.
  • the useful usable density of the rib ribs transverse to the exhaust gas flow direction can be more than about 50 ribs / dm, in particular about 75 rib ribs / dm.
  • the rib ribs are helically toothed.
  • Helical ribs are according to experimental findings particularly suitable to ensure a long-term stability of the exhaust gas heat exchanger against deposits.
  • the angle between the web walls and a main direction of the rib ribs between about 1 ° and about 45 °.
  • the angle between about 5 ° and about 25 °, where it may be in an alternative preferred embodiment, between about 25 ° and about 45 °.
  • the first-mentioned value range 5 ° to 25 ° is particularly well suited for typical applications which are sensitive to high pressure loss, whereby the second range of values is suitable for achieving an optimized power density, in particular for less pressure loss sensitive applications.
  • optimal Designs at small angles larger pitches I have as optimized versions with large angles. Particularly with small angles of attack, designs with moderate pressure loss can result. Particularly with large angles of attack, designs with optimized power density can result. In particular, with small angles of attack, the longitudinal pitch can be greater, with large angles of attack, the longitudinal pitch can be smaller in particular to obtain optimized versions.
  • the device is designed as a stacked plate heat exchanger. Both in terms of the width of a flow channel as well as in terms of cost-effective production and combinability of a heat exchanger housing with ribbed ribbed inserts, this embodiment is particularly suitable.
  • the device can also be designed as a tube bundle heat exchanger or as another known per se heat exchanger.
  • the insert is preferably made of a stainless steel, in particular an austenitic steel, in order to prevent corrosion caused by the aggressive exhaust gas.
  • aluminum materials can be used, in which case a suitable corrosion protection can be provided in a particularly advantageous manner, such as in particular an alloy and / or a coating.
  • the insert is formed of aluminum.
  • the insert made of aluminum has a particularly low weight.
  • the insert made of aluminum can be formed by means of an alloy or coating for corrosion protection.
  • S denotes the mean passage width between two webs and is thus b / 2-t, where t denotes the sheet thickness.
  • the result is a required ratio l / s ⁇ 4, in particular l / s ⁇ 2.
  • the stacked plate heat exchanger comprises an outer housing with a cover, wherein an inlet and an outlet are provided for the exhaust gas and an inlet and an outlet for a liquid coolant.
  • a plurality of disc elements are provided, wherein each of the disc elements is composed of an upper half and a lower half.
  • the disc elements are welded to one another and to the housing so that the coolant flows in each case between the two halves of a disc element from the inlet to the outlet.
  • a not shown inlay with rib ribs is arranged, wherein the intermediate space between two disc elements in each case forms a flow channel for the exhaust gas.
  • the deposits are not shown for reasons of clarity.
  • the inserts are made of stainless steel. To improve the thermal contact between the inserts and the disc elements or the housing, the inserts can be welded or soldered flat with said elements.
  • the turbulence insert consists of a thin sheet metal material into which parallel rib ribs are introduced by means of forming measures.
  • Each of the rib ribs comprises a series of webs successively arranged in the exhaust gas flow direction. In each case two webs, which follow each other in the exhaust gas flow direction, are arranged offset from one another by half a web width transversely to the exhaust gas flow direction, so that after each web a cutting edge adjoins a subsequent web.
  • the walls are aligned parallel to the flow direction of the exhaust gas and form with an axis B of the rib ribs and the main flow direction of the exhaust gas A at an angle of 0 °.
  • Such a ribbed insert is referred to as a straight-toothed rib.
  • the length I of a ridge is about 4mm.
  • the width b of a single rib is defined as the width of the repeat unit of the periodic structure transverse to the main flow direction of the exhaust gas.
  • the Stegrippenêt 2 / b is in the present example about 40 Stegrippen / dm.
  • the width b of a Stegrippe is thus about 5mm
  • the height h of the rib ribs corresponds to the distance between two adjacent disc elements of the heat exchanger and is presently about 5 mm.
  • the lateral walls of the individual ribs are not aligned parallel to the main direction B of the rib ribs. Rather, each of the walls of the webs with the main direction B of the rib ribs includes an angle W of about 30 °.
  • the other dimensions of the helical ribbed insert correspond to the dimensions of the straight-serrated ribbed rib.
  • Suitable longitudinal pitch I for corresponding angles of the walls W provide suitable embodiments at 10 ° with longitudinal pitches I ⁇ ca.i Omm, at 20 ° with I ⁇ about 6mm, at 30 ° with kca. 4mm and at 45 ° with l ⁇ about 2mm.
  • the minimum longitudinal pitch I is approximately 1 mm at all angles.
  • the permissible channel extension l / s is approximately within the same limit as for a straight toothed rib, where s denotes the web spacing transverse to the main flow direction B.
  • s denotes the web spacing transverse to the main flow direction B.
  • longitudinal divisions I ⁇ 1 mm are difficult to produce for manufacturing reasons.

Abstract

Wärmetauscher, insbesondere zur Kühlung von Abgas, mit mindestens einem ersten Strömungskanal (2) eines ersten Mediums, insbesondere eines Gases, mit mindestens einem zweiten Strömungskanal (3) eines mindestens zweiten Mediums, insbesondere eines Kühlmediums, mit mindestens einer ersten Scheibe (4), mit mindestens einer zweiten Scheibe (5), wobei die erste Scheibe und die zweite Scheibe miteinander verbunden sind und den ersten Strömungskanal des ersten Mediums bilden, mit mindestens einem Gehäuseelement (6), insbesondere einem ersten Gehäuseelement (7)und mit einem zweiten Gehäuseelement (8), welches mit der ersten Scheibe und der zweiten Scheibe den zweiten Strömungskanal des zweiten Mediums bilden, wobei das erste Gehäuseelement durch das zweite Medium kühlbar ist.

Description

Wärmetauscher
Die vorliegende Erfindung betrifft Wärmetauscher, insbesondere zur Kühlung von Abgas, sowie ein modulares Wärmetauschersystem.
Heutige Dieselmotoren werden normalerweise mit Abgasrückfϋhrkühlern ausgestattet, um die immer weiter steigenden Anforderungen an die Abgasreinhaltung zu erfüllen. Durch die Abkühlung des Abgases und Wiederzuführung des gekühlten Abgases wird die Verbrennungstemperatur abgesenkt und führt zu verminderten NOX-Emissionen.
In der DE 102 30 852 A1 ist ein Wärmetauscher offenbart mit einem ersten Sammelkasten und mit einem zweiten Sammelkasten für ein erstes Medium, wobei die beiden Sammelkästen jeweils einen ersten Medienanschluss für das erste Medium aufweisen und über mindestens ein Wärmetausche rele- ment mit einander kommunizierend verbunden sind und mit einem, das Wärmetauscherelement aufnehmenden, im Inneren ein zweites Medium führenden Gehäuse, das zweite Medienanschlüsse für das zweite Medium aufweist. Das Gehäuse nimmt in seinem Inneren mindestens einen Sammelkasten, vorzugsweise beide Sammelkästen, zumindest teilweise mit zumindest bereichsweise vorliegendem Abstand zur Gehäuseinnenwand auf. In der DE 100 61 949 A1 ist ferner ein Wärmetauscher offenbart, welcher einen Kernbereich zur Durchführung eines Wärmetauschs zwischen einem ersten Fluid und einem zweiten Fluid, wobei der Kernbereich eine Vielzahl von Röhrchen, die im Inneren erste Durchtritte bilden, durch die hindurch das erste Fluid strömt, wobei die Röhrchen zur Bildung von mehreren Räumen zwischen benachbarten Röhrchen angeordnet sind, durch die hindurch das zweite Medium strömt und eine Vielzahl von Rippen, die je in jedem Raum zwischen benachbarten Röhrchen zur Aufteilung jedes Raums in mehrere Raumteile angeordnet sind, die miteinander über Öffnungen in Verbindung stehen, die in jeder Rippe vorgesehen sind; und ein Kerngehäuse, in dem der Kernbereich untergebracht ist und das einen zweiten Durchtritt, der die mehreren Räume aufweist bildet, wobei die beiden Enden jedes Röhrchens in Breitenrichtung rechtwinklig zur Längsrichtung der Röhrchen von der Innenwandfläche des Kerngehäuses getrennt sind, damit vorbestimmte Frei- räume zu der Innenwandfläche des Kerngehäuses bestehen, und die vorbestimmten Freiräume derart vorgesehen sind, dass sie entlang des gesamten Flächenbereichs der Röhrchen in der Laminierungsrichtung des Röhrchens miteinander in Verbindung stehen.
Abgaskühler sind in der Regel lasergeschweißt, oder Ni-basis-gelötet. und weisen Rippen auf der Gasseite auf. Dabei werden normalerweise Rippen in Rohren kassettiert und anschließend in einem Gehäuse verlötet. Andere bekannte Konzepte sehen das Aufeinanderlöten von Scheiben vor.
Die meisten Anmeldungen sehen in der Regel die axiale Durchströmung eines Scheibenpakets durch Gas vor, wobei das Kühlmittel von oben über die Deckplatte zu- oder abgeführt wird. Diese Konstruktion weist allerdings das Problem auf, dass das Gehäuse in der Regel sehr warm werden kann, da das Gehäuse nicht gekühlt wird. Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Wärmetauscher, insbesondere zur Kühlung von Abgas, sowie ein modulares Wärmetauschersystem zu verbessern.
Die Lösung der Aufgabe ist erfindungsgemäß ein Wärmetauscher nach Anspruch 1 , insbesondere zur Kühlung von Abgas, mit mindestens einem ersten Strömungskanal eines ersten Mediums, insbesondere eines Gases, mit mindestens einem zweiten Strömungskanal eines mindestens zweiten Mediums, insbesondere eines Kühlmediums, mit mindestens einer ersten Schei- be, mit mindestens einer zweiten Scheibe, wobei die erste Scheibe und die zweite Scheibe miteinander verbunden sind und den ersten Strömungskanal des ersten Mediums bilden, mit mindestens einem Gehäuseelement, insbesondere einem ersten Gehäuseelement und einem zweiten Gehäuseelement, welches mit der ersten Scheibe und mit der zweiten Scheibe den zwei- ten Strömungskanal des zweiten Mediums bilden, wobei das erste Gehäuseelement durch das zweite Medium kühlbar ist.
Der erste Strömungskanal führt über Eintrittsöffnungen des für das erste Medium, welches insbesondere heißes Abgas mit einer Temperatur von 2000C bis 800°, durch Scheibenpaare, die jeweils von zwei Scheiben gebildet sind zu einer Austrittsöffnung. Der zweite zweiten Strömungskanal eines zweiten Mediums, insbesondere eines Kühlmediums, insbesondere eines flüssigen Kühlmediums wie Wasser, führt durch mindestens einen Eintritt sowie durch mindestens ein Gehäuseelement, insbesondere auch ein zweites Gehäuse- element sowie durch die Öffnung aufgrund einer Beabstandung von benachbarten Scheibenpaaren sowie Scheibenränderflächen zu einem Austritt, in einem zweiten Gehäuselement. Jeweils eine erste Scheibe ist mit einer zweiten Scheibe verbunden, insbesondere durch Stoffschluss, wie Löten, Schweißen, Kleben. Die ersten Scheiben, die zweiten Scheiben sowie das Gehäuseelement umschließen die zweiten Strömungskanäle. Durch das zweite Medium, insbesondere Kühlmedium wie flüssiges Kühlmittel, Kühl- wasser, Luft, Kältemittel, insbesondere einer Klimaanlage, wird das erste Gehäuseelement gekühlt. Dabei werden die Thermospannungen reduziert. Der Wärmetauscher, insbesondere der Abgaswärmetauscher weist eine viel größere Haltbarkeit auf. Das Gehäuseelement ist aus einem Material her- stellbar, das nicht wärmebeständig ist und insbesondere bei Temperaturen größer als 200°C, insbesondere Temperaturen größer als 4000C zerstört würde. Insbesondere ist das Gehäuseelement aus Kunststoff oder Aluminium kostengünstig herstellbar, wodurch die Herstellkosten erheblich sinken.
In einer vorteilhaften Ausbildung weist der Wärmetauscher ein erstes Gehäuseelement auf, das im Wesentlichen vollständig von dem zweiten Medium, insbesondere Kühlmedium, umströmbar ist und die das Gehäuseelement besonders vorteilhaft kühlt, so dass nahezu keine Thermospannungen auftreten bzw. vorteilhaft reduziert werden und die Dauerfestigkeit erheblich gesteigert wird und die Materialkosten besonders vorteilhaft gesenkt werden.
In einer vorteilhaften Ausbildung ist die Temperatur des ersten Mediums, insbesondere des Abgases eines Verbrennungsmotors, vor dem Eintritt in den Wärmetauscher höher ist als die Temperatur des zweite Mediums, ins- besondere des Kühlmediums, vor dem Eintritt in den Wärmetauscher. Trotz einer hohen Temperatur des ungekühlten Abgases treten kaum Thermospannungen am Gehäuseelement auf, welches besonders vorteilhaft aus einem kostengünstigen Material herstellbar ist.
In einer vorteilhaften Ausbildung ist das erste Gehäuseelement aus einem ersten Material, insbesondere Aluminium oder Kunststoff, und das zweite Gehäuseelement aus einem anderen zweiten Material, insbesondere Stahl, ausgebildet. In besonders vorteilhafter werden beide Gehäuseelemente durch das Kühlmedium besonders vorteilhaft gekühlt. Das erste Material, Aluminium, Kunststoff usw. ist besonders vorteilhaft kostengünstig und führt vorteilhafterweise zu einer Gewichtsersparnis und einem geringeren Bauraumbedarf.
In einer vorteilhaften Ausbildung weist das zweite Gehäuseelement mindes- tens eine Gehäuseöffnung, insbesondere eine erste Gehäuseöffnung für einen Eintritt des ersten Mediums in den ersten Strömungskanal, insbesondere eine zweite Gehäuseöffnung für einen Ausritt des ersten Mediums aus dem ersten Strömungskanal, insbesondere eine dritte Gehäuseöffnung für einen Eintritt des zweiten Mediums in den zweiten Strömungskanal und insbeson- dere eine vierte Gehäuseöffnung für den Ausritt des ersten Mediums aus dem zweiten Strömungskanal, auf.
In einer vorteilhaften Ausbildung sind das erste Gehäuseelement und das zweite Gehäuseelement in mindestens eine Stapelrichtung der ersten Schei- ben und der zweiten Scheiben offenbar. Die Scheiben und Scheibenpaare sind besonders vorteilhaft montierbar und herstellbar.
In einer vorteilhaften Ausbildung sind das erste Gehäuseelement und das zweite Gehäuseelement miteinander stoffschlüssig, insbesondere durch Lö- ten, Schweißen, Kleben usw., verbunden und verbindbar und/oder formschlüssig, insbesondere durch Schrauben, Clipsen, oder durch Umformen wie, Falzen, Crimpen, Bördeln usw., verbunden oder verbindbar.
In einer vorteilhaften Ausbildung sind das erste Gehäuseelement und das zweite Gehäuseelement mit einem Dichtelement, insbesondere einen O- Ring, Vierkantring, eine Filmdichtung usw., besonders vorteilhaft gegeneinander abgedichtet.
In einer vorteilhaften Ausbildung weist die erste Scheibe und/oder die zweite Scheibe Ausprägungen, insbesondere turbulenzerzeugende Elemente zwischen benachbarten Scheiben und/oder Scheibenpaaren auf, wodurch die Wärmeübertragung zweichen dem ersten Medium und dem zweiten Medium besonders vorteilhaft verbessert wird.
In einer vorteilhaften Ausbildung weisen die ersten und/oder die zweiten Scheiben an Scheibenenden jeweils mindestens einen Napf auf, wodurch benachbarte scheibenpaare besonders vorteilhaft miteinander verbundnen sind und das erste Medium besonders vorteilhaft strömen kann.
In einer vorteilhaften Ausbildung weisen die Näpfe jeweils mindestens eine Napföffnung, insbesondere zum Durchtritt des ersten Kühlmediums, auf.
In einer vorteilhaften Ausbildung bilden jeweils eine erste Scheibe mit jeweils einer zweiten Scheibe ein Scheibenpaar und sind besonders vorteilhaft stoffschlüssig, insbesondere durch Löten, Schweißen, Kleben usw, miteinander verbunden und bilden ein Scheibenpaar.
In einer vorteilhaften Ausbildung sind mehrere Scheibenpaare besonders vorteilhaft aufeinander stapelbar und an Napföffnungsrändern stoffschlüssig, insbesondere durch Löten, Schweißen, Kleben usw, miteinander verbunden.
In einer vorteilhaften Ausbildung bilden die Scheibenpaare die ersten Strömungskanäle für das erste Medium, insbesondere für zu kühlendes Abgas, bilden, wobei das zu kühlende Abgas innerhalb einer Anzahl von Scheibenpaaren besonders vorteilhaft strömt.
In einer vorteilhaften Ausbildung sind zwei benachbarte Scheibenpaare beabstandet voneinander angeordnet. Auf diese Weise sind die zweiten Strömungskanäle des zweiten Mediums, insbesondere Kühlmediums, besonders vorteilhaft zwischen benachbarten Scheibenpaaren ausgebildet. In einer vorteilhaften Ausbildung sind zwischen dem ersten Gehäuseelement und einer Scheibenpaarrandfläche die zweiten Strömungskanäle des zweiten Mediums, insbesondere Kühlmedium, ausgebildet. Die Scheibenpaarrandfläche ist insbesondere die Außenfläche der Außenseite der miteinander ver- bundenen Scheibenpaare von ersten und zweiten Scheiben.
In einer vorteilhaften Ausbildung sind neben den zweiten Strömungskanälen dritte Strömungskanäle eines dritten Mediums ausgebildet, wodurch das Abgas in zwei Kühlstufen nacheinander besonders vorteilhaft kühlbar ist.
In einer vorteilhaften Ausbildung sind die dritten Strömungskanäle des dritten Mediums zwischen dem ersten Gehäuseelement und den Scheibenpaarrand- flächen besonders vorteilhaft ausgebildet.
In einer vorteilhaften Ausbildung sind die dritten Strömungskanäle von den zweiten Strömungskanälen, insbesondere durch mindestens ein Trennwandelement, getrennt. Auf diese Weise werden die mindestens beiden Kühlkreisläufe besonders vorteilhaft getrennt und das erste Gehäuseelement wird besonders vorteilhaft gekühlt, wodurch Thermospannungen besonders vorteil- haft reduziert werden und die Dauerfestigkeit des Wärmetauschers besonders vorteilhaft erhöht, sowie die Hestellkosten besonders vorteilhaft reduziert werden.
In einer vorteilhaften Ausbildung sind weiten Strömungskanäle mit dem zwei- ten Medium, insbesondere Kühlmedium, eines Hochtemperaturkühlkreislaufs beströmbar und die dritten Strömungskanäle mit einem dritten Medium, insbesondere Kühlmedium, eines Niedertemperaturkühlkreislaufs beströmbar.
Ein Wärmetauscher weist ein erstes Gehäuseelement auf, das integraler Be- standteil mindestens eins anderen Bauteils, insbesondere eines Wassermantels, eines Zylinderkopfes eines Verbrennungsmotors, eines Wassertanks eines Kühlmittelkühlers usw., ist. Der Wärmetauscher ist auf diese Weise in ein bestehendes Bauteil integrierbar, wodurch insbesondere der Bauraum insbesondere im vorderen Bereich eines Fahrzeugs erheblich reduziert wird.
Ein Wärmetauscher, weist ein zweites Gehäuseelement aber kein erstes Gehäuseelement auf. Der Wärmetauscher dient insbesondere zur Kühlung von Abgas, mit mindestens einem ersten Strömungskanal eines ersten Mediums, insbesondere eines Gases, mit mindestens einem zweiten Strömungskanal eines mindestens zweiten Mediums, insbesondere eines Kühlmediums, mit mindestens einer ersten Scheibe, mit mindestens einer zweiten Scheibe, wobei die erste Scheibe und die zweite Scheibe miteinander verbunden sind und den ersten Strömungskanal des ersten Mediums bilden, mit mindestens einem zweiten Gehäuseelement.
Ein modulares Wärmetauschersystem weist mindestens einen Wärmetauscher auf, insbesondere zur Kühlung von Abgas, mit mindestens einem ersten Strömungskanal eines ersten Mediums, insbesondere eines Gases, mit mindestens einem zweiten Strömungskanal eines mindestens zweiten Mediums, insbesondere eines Kühlmediums, mit mindestens einer ersten Schei- be, mit mindestens einer zweiten Scheibe, wobei die erste Scheibe und die zweite Scheibe miteinander verbunden sind und den ersten Strömungskanal des ersten Mediums bilden, mit mindestens einem Gehäuseelement, insbesondere einem ersten Gehäuseelement und einem zweiten Gehäuseelement, welches mit der ersten Scheibe und der zweiten Scheibe den zweiten Strömungskanal des zweiten Mediums bilden, wobei das erste Gehäuseelement durch das zweite Medium kühlbar ist.
In einer weiteren vorteilhaften Ausbildung besteht der Kühler aus einem
Scheibenpaket. Das Scheibenpaket besteht aus Scheibenpaaren die einen Strömungskanal für ein erstes Medium bilden und turbulenzerzeugenden
Strukturen, insbesondere Turbulenzeinlagen aufweisen. Diese können ent- weder durch Einprägungen in den Scheiben oder bevorzugterweise durch ein eingelötetes Turbulenzblech gebildet werden. Die Zwischenräume zwischen zwei Scheiben bilden Kanäle für ein zweites Medium. Jeweils zwei benachbarte Scheibenpaare stehen an beiden Enden mit den benachbarten Schei- benpaaren in Strömungsverbindung über seitliche Öffnungen, die in einer aus einer Scheibe oder aus beiden Scheiben ausgeprägten Domen bzw. Näpfen angeordnet sein können, um den Zwischenraum zwischen den Scheibenpaaren zu überbrücken. Die Scheibenpaare werden insbesondere aus zwei identischen Scheiben gebildet. Die Zwischenräume zwischen den Scheiben können jeweils durch Noppen, Dimpel oder eingelegte Elemente, wie z.B. Bleche, Rippen, Abstützelemente gegeneinander abgestützt werden. Die abstützenden Elemente können miteinander verschweißt, verlötet oder verklebt oder durch Formschluss gehalten werden. Noppen bzw. Dimpel sind in das Scheibenmaterial eingeprägt. Sie können auch als längliche Sicken zur Verbesserung der Strömungsverteilung des zweiten Mediums im Strömungskanal ausgeprägt sein.
In einer weiteren Ausbildung wird das erste Medium ein zu kühlendes Medium insbesondere ein heißes Medium sein, üblicherweise ein heißes Gas wie Abgas oder verdichtete Ladeluft und das zweite Medium ein flüssiges Kühlmedium, wie Kühlmittel eines Verbrennungsmotors oder in zukünftigen Anwendungen Kältemittel eines Kältekreislaufes. Das Kühlmitttel kann parallel oder entgegen der Haupströmungsrichtung des ersten Mediums geführt werden (Gleichstrom bzw. Gegenstrom). Das Konzept ist besonders geeignet für die thermodynamisch zu bevorzugende Gegenstromverschaltung, da es sich durch ein besonders geringes Siederisiko im Kühlmittel auszeichnet, weil durch geeignete Lenkung des Kühlmittels Totwassergebiete weitgehend verhindert werden können.
In einer weiteren Ausbildung kann der Strömungskanal für das zweite Medium in zwei Abschnitte unterteilt sein, die mit Kühlmittel aus unterschiedlichen Kühlkreisläufen versorgt werden, insbesondere einem Kreislauf mit wärmerem Kühlmittel am Eintrittsende des ersten Mediums und einem Niedertem- peraturkühlkreislauf am Austrittsende des ersten Mediums zur Steigerung der Kühlleistung. Die Trennung der Kreisläufe kann beispielsweise durch ei- ne in die Scheiben eingeprägte Quersicke erreicht werden, wobei der seitlich freibleibende Kanal durch ein zu dem Scheibenpaar formschlüssiges Bauteil (einer Art Rechen) mit ausreichender Dichtheit blockiert wird. Solche Rechen können auch so ausgeführt werden, dass keine Quersicken in den Scheiben erforderlich sind, sondern der Kanal durch mindestens zwei auf den gegenü- berliegenden Seiten in das Scheibenbündel eingesteckte Rechen blockiert wird. Diese Rechen können aber wiederum durch Sicken oder Noppen positioniert werden, insbesondere während eines Lötprozesses oder falls keine feste Verbindung mit dem Scheibenbündel erfolgt
In einer weiteren Ausbildung kann der Kanal für das zweite Medium nach außen durch einen Gehäusemantel oder er durch einen von Kühlmittel durchströmten Hohlraum in einem anderen Bauteil gebildet werden, zum Beispiel im Wassermantel oder Zylinderkopf des Motorblocks, im Wassertank eines Kühlmittelkühlers (Intank) oder in einem kühlmitteldurchströmten Kom- bigehäuse, in das mehrere Wärmeübertrager integriert und zu einem Modul zusammengeschlossen sind.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführung des Wärmetübertragers mit eigenem Gehäusemantel wird ein mindestens zweiteiliger Gehäusemantel ver- wendet, der sich im wesentlichen in der Stapelrichtung des Scheibenbündels öffnet. Die wesentlichen Bauteile des Gehäusemantels bilden beispielsweise ein das Scheibenbündel oben abschließender Deckel bzw. Abdeckplatte, sowie eine Wanne, in die das Scheibenbündel eingelegt wird. Deckel und Wanne werden in besonders günstiger Ausführung umlaufend miteinander verbunden, insbesondere auch verlötet. Die Anschlüsse für das zweite Medium befinden sich an den gegenüberliegenden Enden des Gehäuses und können in beliebeiger Anordnung in einem der Teile des Gehäuses angeordnet sein. Zur Integration mehrerer Kühlkreisläufe werden weitere Anschlüsse in der Kühlermitte vorgesehen. Die Anschlüsse für das erste Medium können entweder auf der gleichen Seite des Wärmeübertragers liegen, also bei- spielsweise beide im Deckel oder beide in der Gehäusewanne. Weiterhin ist auch eine diagonale Durchströmung möglich, bei der entweder der Eintritt oder der Austritt im Deckel und der andere Anschluss in der Gehäusewanne liegt. Schließlich ist auch die Führung des ersten Mediums im U-Flow möglich. Dabei stehen beim Eintritt für das erste Medium nicht alle Scheibenpaa- re in Strömungsverbindung, sondern diese Verbindung ist an einer Stelle zwischen zwei spezifischen Scheibenpaaren unterbunden, indem zwischen diesen Paaren die seitlichen Verbindungsöffnungen entweder nicht ausgeführt sind oder ein zusätzliches Blech eingelegt ist, das die Verbindung versperrt und die beim Eintritt liegenden Scheibenpaare von den weiter unten liegenden Scheibenpaaren entkoppelt. Das erste Medium durchströmt den Kühler in den unter dem Eintritt bis zur Unterbrechung miteinander verbundenen Scheiben in Wärmetauscherlängsrichtung. Am anderen Ende sind alle Scheibenpaare miteinander verbunden und das erste Medium strömt in die am Eintrittsende entkoppelten Scheibenpaare und strömt zurück zum Eintritt- sende, wo es auf der dem Eintritt gegenüberliegenden Seite durch einen Austritt den Wärmeübertrager verlässt.
Das Gehäuse muss dem Druck des zweiten Mediums standhalten. In der Richtung senkrecht zur Stapelrichtung des Wärmeübertragers ist das Gehäuse nicht mit dem Scheibenbündel verlötet. Es kann sinnvoll sein die Druckstabilität dieser Seite durch eingeprägte Sicken im Gehäuse zu erhöhen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird besonders vorteilhaft verhindert, dass sich die Scheiben während des Lötprozesses quer zur Stapel- richtung verschieben. Die Scheiben können stellenweise formschlüssig zur Gehäusekontur ausgeführt sein. Weiterhin kann es vorteilhaft sein, wenn in einem ersten Fügeschritt jeweils Scheibenpaare mit einer Turbulenzeinlage zu Kanälen für das erste Medium vorgefertigt werden. Diese Scheibenpaare können durch formschlüssige Ausführung mit oder ohne Verpressen, durch eine Klemm- bzw. Crimpver- bindung, wobei es sich im Wesentlichen um eine Falzverbindung handelt, durch Schweißpunkte oder Klebepunkte oder ähnliches miteinander verbunden sein. Durch dieses Vorgehen kann der Kassettierprozess (Stapeln der Einzelteile, insbesondre der Scheiben) erheblich vereinfacht werden und die Prozesssicherheit des gesamten Fügeprozesses erhöht werden.
Besonders vorteilhaft sind auch Ausführungen ohne eigenen Gehäusemantel des Wärmetauschers. Dann wird das Scheibenbündel oben von einer Abdeckplatte abgeschlossen, in die der Eintritt und Austritt für das erste Medi- um integriert ist. Unten befindet sich in der Regel eine Grundplatte. Die Befestigung am Einbauort erfolgt durch eine dichte Fügung zwischen Abdeckplatte und dem den kühlmitteldurchströmten Hohlraum bildenden Bauteils, beispielsweise über eine Schraubverbindung, Crimp- bzw. Bördelverbindung, Klemmverbindung, wobei die Abdichtung in der Regel durch ein Dichtele- ment, beispielsweise einen O-Ring erfolgt. Diese Anbindungsart kann auch zur Ausführung eines eigenen Kühlergehäusemantels genutzt werden, indem beispielsweise eine Abdeckplatte aus einem Stahl- oder Aluminiumwerkstoff in genannter Weise mit einem wasserführenden Kunststoffgehäuse verbunden wird. Zur Verbindung können hier beispielsweise eine Bördelverbindung oder eine Schraubverbindung mit Einspritzgewindemuffen in einem Kunstoffbauteil und Langlöchern in der Abdeckplatte verwendet werden. Weiterhin kann die Verschraubung durch Durchgangslöcher im Gehäuse und Ver- schraubung in der Abdeckplatte erfolgen (Gewinde in Durchzügen, selbstfurchende Schrauben in glattem Durchzug, Gewindebuchse). In einer weiteren vorteilhaften Ausbildung ist der Strömungskanal für das zweite Medium (Gehäuse oder Hohlraum in einem anderen Bauteil) vorteilhaft so ausgeführt sein, dass er sich in dem Bereich erweitert, in dem der Kanalquerschnitt durch die Dome an den Scheibenenden stark einge- schränkt ist, und sich anschließend zur Wärmeübertragermitte hin wieder verengt, so dass das 2. Medium in die Kanäle zwischen den Scheibenpaaren gedrängt wird. So kann die Verteilung des zweiten Mediums erheblich verbessert werden. Eine ebenfalls sehr günstige Möglichkeit, eine möglichst gute Verteilung des 2. Mediums zu erreichen ist die Trichterförmige Gestaltung des Übergangs der Scheiben von den Domen hin zum Kanal für das 1. Medium. Auch hierdurch wird das 2. Medium in die Kanäle zwischen den Scheibenpaaren gedrängt.
In einer weiteren vorteilhaften Ausbilung kann im Kühler ein ungekühlter By- passkanal vorgesehen sein, beispielsweise in Form eines oder mehrerer Scheibenpaare. Um die weitgehend ungekühlte Durchleitung des ersten Mediums (insbesondere rückgeführtes Abgas eines Verbrennungsmotors) zu erreichen, wird bevorzugterweise eine Luftspaltisolierung des Bypasskanals genutzt. Ausführungsbeispiele für luftspaltisolierte Bypassrohre: - äußere Hülle aus Halbschalen verlötet, innen eingelegt ein Rohr mit Abstütznoppen
- äußere und innere Hülle aus Halbschalen verlötet
- auf Deckel bzw. Abdeckscheibe wird ein weiteres Blech aufgelötet, das mit dem Deckel/Abdeckscheibe einen Kanal bildet, der als Bypasskanal genutzt wird (nicht luftspaltisoliert).
- auf der dem Scheibenbündel zugewandten Seite des Deckels Abdeckblech wird ein weiteres Blech aufgelötet und einen zusätzlichen Gaskanal bildet (nicht luftspaltisoliert)
- auf dem Deckel/Abdeckscheibe wird ein Bypassrohr, das einteilig oder zweiteilig sein kann aufgelötet, wobei durch Sicken bzw. Noppen im Bypasskanal und/oder im Abdeckblech/Deckel eine flächige Auflage vermieden wird - bei Gaseintritt oder Austritt in der Gehäusewanne kann der Bypass auf die gleichen Arten mit zusätzlichen Blechen oder Rohren gebildet werden wie für den Deckel/Abdeckplatte beschrieben.
- bei Gaseintritt oder Austritt im Deckel/Abdeckplatte und dem anderen gas- anschluss in der Gehäusewanne kann der Bypass auf einem der beiden Teile aufgebracht werden und der Bypass die Querverbindung zwischen den Scheibenpaaren mit einschließen
- Im U-Flow kann eine Bypasslösung dadurch bereit gestellt werden, dass die Entkoppelung zwischen den Scheibenpaaren auf der Eintrittsseite und auf der gegenüberliegenden Seite schaltbar ausgeführt wird, beispielsweise durch einen Drehschieber, der im Bypassfall den direkten Weg vom Eintritt zum Austritt freigibt und bei normalem Kühlerbetrieb den Durchgang unterbricht, so dass der Kühler im U-Flow durchströmt wird.
In einer weiteren vorteilhaften Ausbildung wird als Bypassventil ein übliches, externes Ventil verwendet mit getrennten Zuleitungen zum Bypass und zu den wärmeübertragenden Strömungskanälen. Es können aber auch in den Eintrittsszutzen oder Austrittsstutzen integrierte Klappen bzw. Ventile eingesetzt werden. Diese können insbesondere auch als Klappe oder Drehschie- ber ausgeführt werden. Besonders vorteilhaft ist die Ausführung der Bypass- klappe als Kombiventil, bei dem neben der Schaltung zwischen Bypass und normalem Kühlerbetrieb auch beide Pfade komplett verriegelt werden können und somit die rückgeführte Abgasmenge geregelt werden kann.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführung wird insbesondere in der gehäuselosen Ausführung ein Wärmeübertrager im Kreuzstrom zwischen erstem und zweitem Medium eingesetzt werden. Solche Wärmetauscher könnten bevorzugt im Kühlmodul eines Kraftfahrzeuges eingesetzt werden. Dabei würde das zu kühlende Medium als erstes Medium durch den Wärmetauscher ge- führt und als zweites Medium kommt Kühlluft zum Einsatz. Ein solcher Wärmeübertrager kann mit der Abdeckplatte und der Bodenplatte im Rahmen eines Kühlmodules oder jeweils an anderen Komponenten des Kühlmodules befestigt werden, er kann aber auch einen eigenen Rahmen aufweisen, der einerseits Abdeckplatte und Bodenplatte mit beinhaltet zudem jedoch auch eine Verbindung zwischen der Abdeckplatte und Bodenplatte herstellt und so für eine Versteifung des Wärmetauschers sorgt. Die Verbindung zwischen Abdeck- und Bodenplatte kann entweder durch zusätzliche Bauteile, die mit Abdeck- und Bodenplatte verbunden sind dargestellt werden oder durch die geschickte Ausgestaltung der Abdeck- und Bodenplatte, beispielsweise als sich gegeneinander öffnende, U-förmige Bauteile, die gemeinsam den Rah- men bilden. Dieser Rahmen kann zudem in Verbindung mit den einzelnen Scheibenpaaren stehen. Dadurch wird insbesondere die Schwingungsfestigkeit der Komponente erhöht. Die Verbindung kann durch Formschluss erfolgen, insbesondere aber auch durch eine feste Lötverbindung dargestellt werden. Die Befestigung des Wärmeübertragers erfolgt dann am Rahmen und /oder über die Anschlüsse für das erste Medium. Statt der Anordnung des Wärmeübertragers in einem Kühlmodul kann dieser auch im Chassis also insbesondere am Rahmen eines Kraftfahrzeuges befestigt werden, in Ausnahmefällen auch motorfest. Bevorzugt kann eine solche Komponente als direkter Abgaskühler eingesetzt werden. Es sind aber auch Anwendungen als Ladeluftkühler, Kühlmittelkühler, Ölkühler, Kondesator usw. sinnvoll.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und aus der Zeichnung.
Ausführungsbeispiele sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 eine Explosionsansicht eines Wärmetauschers,
Fig. 2 eine isometrische Darstellung des Wärmetauschers, Fig. 3 einen Schnitt A-A durch den Wärmetauscher,
Fig. 4 einen Schnitt B-B durch den Wärmetauscher,
Fig. 5 eine Explosionsansicht eines weiteren Wärmetauschers,
Fig. 6a eine Draufsicht eines weiteren Ausführungsbeispiels des Wärmetauschers mit einer Ausformung im Ein- bzw- Austrittsbereich des Gehäuseelements,
Fig. 6b eine isometrische Darstellung eines weiteren Ausfϋhrungsbeispiels des Wärmetauschers mit einer Ausformung im Ein- bzw- Austrittsbereich des Gehäuseelements,
Fig. 7 ein weiters Ausführungsbeispiel des Wärmetauschers als U-Flow- Kühler,
Fig. 8 ein weiters Ausführungsbeispiel des Wärmetauschers als Doppelwärmetauscher,
Fig. 9 ein weiters Ausführungsbeispiel des Wärmetauschers mit zweistufiger Kühlung,
Fig. 10 ein weiteres Ausführungsbeispiel des Wärmetauschers als Doppelwärmetauschers mit, wobei der erste Teilwärmetauscher mit einem Hochtemperaturkreislauf gekühlt wird und der zweite Teilwärmetauscher mit einem Niedertemperaturkreislauf gekühlt wird,
Fig. 11 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Wärmetauschers in Kreuzstromkonfiguration, Fig. 12 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Wärmetauschers mit einem integrierten Bypasskanal und einem Drehschieber zur Ansteuerung der Beströmung des Bypasskanals und/oder des Wärmetauscher- abschnitts,
Fig. 13 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Wärmetauschers mit einem integrierten Bypasskanal der luftspaltisoliert ausgebildet ist.
Fig. 1 zeigt eine Explosionsansicht eines Wärmetauschers. Der Wärmetauscher 1 weist ein erste Gehäuseelement 6,7 und ein zweites Gehäuseelement 8 auf. Das Gehäuseelement 6,7 nimmt erste Scheiben 4 und zweite Scheiben 5 in sich auf. Die ersten Scheiben 4 und die zweiten Scheiben 5 sind im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet und stapelbar. Eine erste Scheibe 4 bildet mit einer zweiten Scheibe 5 ein Scheibenpaar 22. Die ersten und zweiten Scheiben sind miteinander stoffschlüssig, insbesondere durch Löten, Schweißen oder Kleben, verbunden. Ebenso sind benachbarte Scheibenpaare 22 insbesondere an Näpfen 20 an beiden Scheibenenden 19 der Scheiben 4,5 bzw. der Scheibenpaare 22 miteinander stoffschlüssig, insbesondere durch Löten, Schweißen oder Kleben, verbunden. Die Scheiben 4,5 und die Scheibenpaare weisen Napföffnungen 21 auf. Das erste Gehäuseelement 6,7 ist stoffschlüssig und/oder formschlüssig mit dem zweiten Gehäuseelement verbunden. Das zweite Gehäuseelement weist eine erste Ge- häuseöffnung 10, für den Eintritt 11 des ersten Mediums auf. Durch den ersten Strömungskanal 2 strömt das erste Medium, insbesondere das heiße Abgas, in die Scheibenpaare 22 durch die Napföffungen 21 ein undhindurch, durchströmt die Scheibenpaare in dem im Inneren ausgebildeten Strömungskanal 2 und strömt durch eine zweite Gehäuseöffnung 12 des Gehäu- seelements 8 aus diesem übe den Austritt 13 heraus. Die Scheibenpaare sind in der Stapelrichtung S stapelbar. Das Gehäuseelement 8 weist eine dritte Gehäuseöffnung 14 auf, wodurch über einen Eintritt 15 Kühlmedium, insbesondere flüssiges Kühlmittel, Kühlwasser, Gas oder Kältemittel, insbesondere einer Klimaanlage, in das erste Gehäuseelement 6, 7 gelangt und dieses Kühlt, so dass im Wesentlichen keine Thermospannungen entstehen. Das zweite Kühlmedium umspült die Außenseiten der Scheiben 4,5 und der Scheibenpaare 22 sowie die die Scheibenpaarrandflächen 24 . Es strömt durch Öffnungen, die durch die beabstandeten Scheibenpaare gebildet werden, wodurch ein Wärmeaustausch zwischen dem zu kühlendem Abgas erfolgt. Zwischen dem ersten Gehäuseelement 6,7 und den Scheibenpaarrand- flächen 24 werden ebenfalls zweite Strömungskanäle 3 des Kühlmediums gebildet, wodurch das Gehäuseelement 6,7 im Wesentlichen gekühlt wird. Das Kühlmedium verlässt über einen Austritt 17 eine vierte Gehäuseöffnung 16 des Gehäuseelements 8. Der Wärmetauscher 1 ist als Modul in ein modu- lares System einbaubar. Der Wärmetauscher ist in ein Kühlmodul integrier- bar. Ein Kühlmodul umfasst insbesondere mehrere Wärmetauscher, insbesondere Kühlmittelkühler, Ölkühler, Ladeluftkühler, Abgaskühler, Wärmetauscher einer Klimaanlage.
Fig. 2 zeigt eine isometrische Darstellung des Wärmetauschers. Gleiche Merkmale sind mit gleichen Bezugszeichen versehen wie in Figur 1.
Das Gehäuseelement 6,7 nimmt in seinem Inneren die Scheiben 4,5 und die
Scheibenpaare 22 auf. Das erste Gehäuseelement 6,7 ist mit dem zweiten
Gehäuseelement 8 stoffschlüssig durch Löten, Schweißen, Kleben usw. und/oder formschlüssig durch Bördeln, Wellschlitzbördeln, Crimpen, Falzen, Clipsen usw. verbunden. In einer nicht dargestellten Ausführung sind beide
Gehäuseelemente durch ein Dichtelement, insbesondere einen O-Ring usw. gegenüber einander abgedichtet.
Fig. 3 zeigt einen Schnitt A-A durch die Napföffnungen 21 des Wärmetau- schers. Gleiche Merkmale sind mit den gleichen Merkmalen versehen wie in den vorhergehenden Figuren. Fig. 4 zeigt einen Schnitt B-B durch den Wärmetauscher. Gleiche Merkmale sind mit den gleichen Merkmalen versehen wie in den vorhergehenden Figuren. Benachbarte Scheibenpaare sind durch Ausprägungen, insbesondere Turbulenzeinlagen bzw. turbulenzerzeugende Elemente, 18 beabstandet. Insbesondere. Insbesondere wird die Wärmeübertragung zwischen dem ersten Medium und dem zweiten Medium verbessert. Innerhalb der Scheibenpaare sind ebenfalls Ausprägungen, insbesondere Turbulenzeinlagen bzw. turbulenzerzeugende Elemente, 18 angeordnet und insbesondere stoff- schlüssig mit den Scheiben 4,5 durch Löten, Schweißen, Kleben verbunden und/oder aus diesen durch Umformen ausgeprägt.
Die Scheibenpaare können seitlich mit Gehäuseelement 6 sowohl in Kontakt sein, als auch einen definierten Abstand zueinander haben. Schnitt B-B zeigt Scheibenpaar in Kontakt mit Gehäuseelement.
Fig. 5 zeigt eine Explosionsansicht eines weiteren Wärmetauschers. Gleiche Merkmale sind mit den gleichen Merkmalen versehen wie in den vorhergehenden Figuren. Der Wärmetauscher 25 verfügt über kein erstes Gehäuseelement. 8. Der Wärmetauscher 25 ist als Modul in ein modulares System einbaubar. Inbesondere ist er benachbart zu einem Lüfter 26 angeordnet und mit Luft L durchtrömbar. Der Wärmetauscher ist in ein Kühlmodul integrierbar. Ein Kühlmodul umfasst insbesondere mehrere Wärmetauscher, insbesondere Kühlmittelkühler, Ölkühler, Ladeluftkühler, Abgaskühler, Wärmetauscher einer Klimaanlage.
Fig. 6a zeigt eine Draufsicht und Fig. 6b zeigt eine isometrische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels Wärmetauschers 60 mit einer Ausformung im Ein- bzw- Austrittsbereich des Gehäuseelements. Gleiche Merkmale sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen wie in den vorherigen Figu- ren. Beim Wärmetauscher 60 wird das Kühlmedium 17 im Eintrittsbereich durch eine Ausformung 61 , die insbesondere als Ausbuchtung ausgebildet ist, in dem Gehäuseelement 6, 7 optimal über die gesamt Breite der Scheibenpaare verteilt. Somit wird der Eintrittsbereich des ersten Mediums an seinem ganzen Umfang gekühlt.
Fig. 7 zeigt ein weiters Ausführungsbeispiel des Wärmetauschers als U- Flow-Kühler. Gleiche Merkmale sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen wie in den vorherigen Figuren.
In einer Schnittdarstellung ist der Wärmetauscher 70 dargestellt. Der Wärmetauscher ist als so genannte U-Flow Ausführung ausgebildet. Dabei wird das Kühlmedium 15,17 axial durchgeleitet, während das erste Medium U-förmig durch den Wärmetauscher strömt. Dies wird dadurch realisiert, dass zwi- sehen zwei Scheibenpaaren ein Trennblech 71 eingelegt wird. Dieses weist im Bereich des EinVAustritts des ersten Mediums (Napfbereich) keine Öffnung auf. Während auf der entgegen gesetzten Seite eine geeignete Öffnung im Napfbereich vorhanden ist, so dass das erste Medium von der oberen Hälfte des Kühlers in die untere Hälfte strömen kann. Dabei wird die Lage des Trennblechs 71 in anderen nicht dargestellten Ausführungsformen oberhalb oder unterhalb der Mitte angeordnet, so dass entweder oberVunterhalb der Trennbleches die gleich Anzahl an Scheibenpaaren vorhanden sind oder diese ungleich verteilt sind.
Fig.8 zeigt ein weiters Ausführungsbeispiel des Wärmetauschers als Doppelwärmetauscher. Gleiche Merkmale sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen wie in den vorherigen Figuren.
Der zeigt einen Schnitt des Wärmetauschers 80 wobei das oben genannte Trennblech 81 vollständig geschlossen ist. Dadurch kann sehr einfach ein
Wärmetauscher realisiert werden, der als Doppelwärmetauscher ausgebildet ist. In dem Doppelwärmetauscher 80 werden zwei Medien, ein erstes Medium und ein drittes Medium, insbesondere zwei verschiedene Medien, gekühlt werden. Dazu gibt es sowohl am unteren Ende als auch am oberen Ende des Scheibenstapels mit den Scheiben 4, 5 Öffnungen 82, 83, 84 und 85 für den EinVAustritt des ersten Mediums und des dritten Mediums. Die Strömungsrichtung der beiden Medien erfolgt dabei im Gleichstrom oder im Gegenstrom.
Bezugszeichen 86 stellt den Austritt für das dritte Medium dar. Bezugszei- chen 87 stellt den Eintritt für das dritte Medium dar. In einem anderen Ausführungsbeispiel der Eintritt 87 und der Austritt 86 vertauscht.
Fig. 9 zeigt ein weiters Ausführungsbeispiel des Wärmetauschers mit zweistufiger Kühlung. Gleiche Merkmale sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen wie in den vorherigen Figuren.
Der Wärmetauscher 90 weist zwei Kühlmedien Kreisläufe auf. Der erste Kühlkreislauf ist ein Hochtemperaturkreislauf. Der zweite Kreislauf ist ein Niedertemperaturkreislauf. Das Kühlmittel im Hochtemperturkreislauf weist eine höhere Temperatur auf, als das Kühlmittel im Niedertemperaturkreislauf. Damit lässt sich ein Hoch- und Niedertemperatur Kühlmittelkreislauf in einem Wärmetauscher realisieren. Das Trennblech 91 ist als Rechen ausgebildet. Das Trennblech 91 ist auf die Scheibenpaare aufgeschoben, insbesondere orthogonal zur Scheibenlängsachse SLA. Weiterhin weist das Gehäuseele- ment vier Öffnungen 92, 93, 94 und 95 auf für den Aus- und/oder Eintritt der zwei Kühlmedien.
Bezugszeichen 97 stellt den Eintritt für das zweite Kühlmedium, insbesondere des Niedertemperaturkreislaufs dar. Bezugszeichen 96 stellt den Austritt für das zweite Kühlmedium dar. In einem anderen Ausführungsbeispiel sind der Eintritt 97 und der Austritt 96 vertauscht. In einer anderen Ausfϋhrungsvariante der Wärmetauscher 90 als U-Flow- Kühler, wobei das erste und das zweite Kühlmedium einen U-Flow vollzieht, ausgebildet, analog der Ausführungsbeispiele in Figur 7 und 8.
Fig. 10 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des Wärmetauschers als Doppelwärmetauschers. Gleiche Merkmale sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Der Wärmetauscher 100 weist einen ersten Teilwärmetauscher 101 , der mit einem Hochtemperaturkreislauf gekühlt wird und einen zweiten Teilwärmetauscher 102, der mit einem Niedertemperaturkreislauf gekühlt wird, auf. In einer anderen Ausführungsvariante sind Hochtemperaturkreislauf und Niedertemperaturkreislauf vertauscht.
In den Eintritt 103 tritt das zweite Kühlmedium, insbesondere des Niedertemperaturkreislaufs, in Teilwärmetauscher 102, durchströmt diesen und verlässt den Teilwärmetauscher durch den Austritt 104. Austritt 104 und Eintritt 103 sind in einem anderen Ausführungsbeispiel vertauscht.
Das dritte Medium tritt über den Medieneintritt 105 in den Teilwärmetauscher 102, durchströmt diesen und verlässt ihn über den Medienaustritt 106. In einer anderen Ausführungsvariante sind der Medienaustritt 106 und der Medieneintritt 107 vertauscht.
Die Trennplatte 107 trennt ersten Teilwärmetauscher 102 und zweiten Teilwärmetauscher 103, insbesondere strömungsmäßig.
Fig. 11 stellt ein weiteres Ausführungsbeispiel des in Fig. 5 dargestellten Wärmetauschers in Kreuzstromkonfiguration dar. Der Wärmetauscher 110 weist kein Gehäuse auf und ist insbesondere als Kreuzströmwärmetauscher ausgebildet. Dabei ϋberkreuzen sich die Ströme zwischen denen eine Wärmeübertragung erfolgt zumindest bereichsweise. Dabei befindet sich zwischen den Scheibenpaaren 4,5, die die Strömungskanäle für das erste Medium bilden, eine Kühlrippe. Diese ist fest mit den Scheibenpaaren 4,5 verbunden, beispielsweise gelötet, geklebt, mechanisch gefügt usw., damit eine ausreichende Wärmeleitung zwischen den Scheibenpaaren 4,5 und der Rippe sichergestellt ist. Die Rippe 111 , insbesondere die Wellrippe, wird dabei von einem Kühlmedium, z.B. Luft, durchströmt. Die Luft wird mittels eines Kühlmediumförderers L1 z.B. eines Lüfters L, bewegt. In einem anderen Ausführungsbeispiel ist keine Rippe vorgesehen. In diesem Fall ist eine turbulenzerzeugende Struktur in die Scheiben eingeprägt, die die Wärmeübertragung verbessert. In einer anderen Ausführungsform die Kreuzströmer-Ausführung mit einem Gehäuse ausgeführt. Damit ergibt sich der Vorteil, dass dieser Wärmeübeträger nicht nur im Frontmodul des Fahrzeugs, also im vorderen Fahrzeugbereich, in welchem die Anströmung durch den Fahrtwind erfolgt, sondern unabhängig davon, an geeigneter Stelle im Fahrzeug mit eigener Kühlmedienförderung angebracht werden kann.
Fig. 12 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Wärmetauschers 120 mit einem integrierten Bypasskanal und einem Drehschieber zur Ansteuerung der Beströmung des Bypasskanals 121 und/oder des Wärmetauscherabschnitts 122. Gleiche Merkmale sind mit den gleichen Bezugszeichen ver- sehen wie in den vorherigen Figuren.
Der Drehschieber 123 nimmt eine Bypassstellung ein und/oder eine Kühler- durchströmungsstellung. Der Drehschieber 123 weist zumindest eine Aussparung auf. In der Bypassstellung wird der Bypass 121 durchströmt. In der Kühlerstellung wird der Wärmetauscherabschnitt 122 durchströmt. In einer anderen Ausführung sind Bypass 121 und Wärmetauscherabschnitt vertauscht.
Der Drehschieber 123 kann auch eine Stellung einnehmen, in der sowohl der Bypass 121 als auch der Wärmetauscherabschnitt durchströmt werden. Der Drehschieber vollzieht eine Drehung um einen Drehwinkel, insbesondere von 90°, um von der Bypassstellung in die Wärmetauscherdurchströmungs- stellung zu gelangen.
Fig. 13 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Wärmetauschers mit einem integrierten Bypasskanal 131 , der luftspaltisoliert ausgebildet ist. Gleiche Merkmale sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Der Bypasskanal 131 dient zum Bypassen von Medium, so dass das Medium nicht durch den Wärmetauscher strömt. Die Isolierung, insbesondere Luftspaltisolierung, dient zur Verhinderung bzw. Reduzierung der Wärmeübertragung zwischen Bypasskanal 131 und dem Wärmetauscher.
In weiteren Ausführungen der Flg. 1 bis 13 sind turbulenzerzeugenden Elemente bzw. die Turbulenzeinlagen als Stegrippen ausgebildet.
Turbulenzeinlagen mit Stegrippen haben trotz ihrer grundsätzlich im Ver- gleich zu anderen Einlagen, geringeren Durchtrittsquerschnitte, eine vergleichsweise geringe Neigung zur Ansammlung von Ablagerungen. Grundsätzlich war zu befürchten, dass Turbulenzeinlagen mit Stegrippen verstärkt zur Verblockung einzelner Durchtrittskanäle aufgrund der feingliedrigen Struktur der Stegrippen führen würden. Dies ist jedoch in überraschend ge- ringem Maße der Fall, insbesondere wenn die Stege der Stegrippen relativ kurz sind. Ein möglicher Erklärungsansatz hierfür könnte sein, dass durch die über große Teile der Stegrippeneinlage vorhandene turbulente Strömung des Abgases eine Ablagerung von Partikeln verringert ist, wogegen bei längeren, einförmigen Kanälen geordnete Strömungen ausgebildet werden, die in Wandnähe aufgrund der dort sehr geringen Strömungsgeschwindigkeit die Ablagerung von Partikeln begünstigen.
In einer bevorzugten Ausführungsform weisen die Stege der Stegrippen eine Länge auf, die nicht mehr als etwa 10mm, bevorzugt nicht mehr als etwa 5mm und insbesondere bevorzugt nicht mehr als etwa 3mm beträgt. Je nach gegebenem Bauraum und Verbrennungsmotor können bestimmte Anforderungen an den Druckabfall am Abgas-Wärmetauscher bestehen. Je nach diesen Anforderungen kann einer der vorgenannten Längenbereiche bevorzugt sein.
Weiterhin bevorzugt beträgt eine Dichte der Stegrippen quer zu der Abgasstromrichtung zwischen etwa 20 Stegrippen/dm und etwa 50 Stegrippen/dm, bevorzugt zwischen etwa 25 Stegrippen/dm und 45 Stegrippen/dm. Diese Stegrippendichten haben sich in Versuchen als besonders geeignet herausgestellt. Insbesondere stellen die Stegrippen besonders vorteilhaft einen gu- ten Kompromiss zwischen Verblockungsrisiko und Kühlleistung dar.
Bezüglich einer Höhe der Stegrippen ist zu berücksichtigen, dass bei großen Höhen nur relativ kleine Primärflächen, also durch Kühlmittel gekühlte Oberflächen, zur Verfügung stehen, über die die gesamte Wärme ins Kühlmittel abgegeben werden muss. Bei relativ kleinen Primärflächen steigt dann das Siederisiko im Falle eines flüssigen Kühlmittels. Zudem nimmt der Wirkungsgrad der Einlagen bei zunehmender Höhe der Stegrippen ab. Eine bevorzugt Höhe der Einlage bzw. Stegrippe beträgt daher zwischen etwa 3,5mm und etwa 10mm, besonders bevorzugt zwischen etwa 4mm und etwa 8mm und insbesondere bevorzugt zwischen etwa 4,5mm und etwa 6mm. In einer bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann es vorgesehen sein, dass vor der Mehrzahl von Strömungskanälen ein Oxi- dationskatalysator angeordnet ist. Durch einen solchen Katalysator lassen sich allgemein die Partikelgrößen, Partikeldichten und die Anteile an Kohlen- Wasserstoffen im Abgas durch Oxidation verringern. Es kann dabei ergänzend oder alternativ vorgesehen sein, dass die Einlagen selber mit einer Be- schichtung zur katalytischen Oxidierung des Abgases versehen sind. Insbesondere in Verbindung mit oxidkatalytischen Mitteln kann die sinnvoll einsetzbare Dichte der Stegrippen quer zu der Abgasstrom richtung mehr als etwa 50 Stegrippen/dm, insbesondere etwa 75 Stegrippen/dm betragen. Hierdurch würde eine besonders große Wärmetauscherleistung bei gegebenem Bauraum erzielt werden, ohne dass die langfristige Gefahr von Verblo- ckungen durch Ablagerungen besteht.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind die Stegrippen schrägverzahnt. Schrägverzahnte Rippen sind nach experimentellen Befunden besonders geeignet, eine große Langzeitstabilität des Abgas- Wärmetauschers gegen Ablagerungen zu gewährleisten. Dabei beträgt in bevorzugter Ausführung der Winkel zwischen den Stegwänden und einer Hauptrichtung der Stegrippen zwischen etwa 1 ° und etwa 45°. In besonders bevorzugter Ausführung beträgt der Winkel zwischen etwa 5° und etwa 25°, wobei er in alternativer bevorzugter Ausführung auch zwischen etwa 25° und etwa 45° betragen kann. Der erstgenannte Wertebereich 5° bis 25° eignet sich besonders gut bei üblichen stark druckverlustsensiblen Anwendungen, wobei sich der zweitgenannte Wertebereich zur Erzielung einer optimierten Leistungsdichte, insbesondere bei weniger druckverlustsensiblen Anwendungen eignet.
Allgemein lässt sich bei der Optimierung einer Einlage mit schräg verzahnten Stegrippen eine Korrelation zwischen dem Winkel der Wandungen und einer
Längsteilung der Stegrippe feststellen. Dabei können insbesondere optimale Ausführungen bei kleinen Winkeln größere Teilungen I aufweisen als optimierte Ausführungen mit großen Winkeln. Insbesondere bei kleinen Anstellwinkeln können sich Ausführungen mit moderatem Druckverlust ergeben. Insbesondere bei großen Anstellwinkeln können sich Ausführungen mit opti- mierter Leistungsdichte ergeben. Insbesondere bei kleinen Anstellwinkeln kann die Längsteilung größer sein, bei großen Anstellwinkeln kann die Längsteilung insbesondere kleiner sein, um optimierte Ausführungen zu erhalten.
In bevorzugter Ausführung ist die Vorrichtung als Stapelscheiben- Wärmetauscher ausgebildet. Sowohl hinsichtlich der Breite eines Strömungskanals als auch hinsichtlich der kostengünstigen Fertigung und Kom- binierbarkeit eines Wärmetauschersgehäuses mit Stegrippen-Einlagen bietet sich diese Ausführungsform in besonderem Maße an. Alternativ kann die Vorrichtung aber auch als Rohrbündel-Wärmetauscher ausgebildet sein oder als eine andere an sich bekannte Wärmetauscherform.
Allgemein bevorzugt ist die Einlage zur Verhinderung von durch das aggressive Abgas bedingter Korrosion aus einem nichtrostenden Stahl, insbesonde- re einem austenitischen Stahl, gefertigt.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung können Aluminiumwerkstoffe eingesetzt werden, wobei dann besonders vorteilhaft ein geeigneter Korrosionsschutz vorgesehen werden kann, wie insbesondere eine Legierung und/oder eine Beschichtung.
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Einlage aus Aluminium ausgebildet. Die Einlage aus Aluminium hat ein besonders geringes Gewicht. Besonders vorteilhaft kann die Einlage aus Aluminium mittels einer Legierung oder Beschichtung zum Korrosionsschutz ausgebildet sein. Abhängig von den Strömungsparametern, insbesondere der Reynoldszahl, beträgt die Länge des Einlaufbereichs der Strömungskanäle, insbesondere Rohre und/oder Stapelscheibenpaare, l/s ca. 2,5 bis 5 und die Länge der Stegrippen muss unterhalb dieses Grenzwertes gewählt werden. S bezeich- net die mittlere Durchtrittsbreite zwischen zwei Stegen und beträgt somit b/2-t, wobei t die Blechstärke bezeichnet. Es ergibt sich ein erforderliches Verhältnis l/s < 4, insbesondere l/s < 2. Bei hohem Verblockungsrisiko durch kritische Abgaszusammensetzung ist l/s<1 ,5, insbesondere l/s<1 zu wählen.
Durch eine Schrägstellung der Stege tritt auf der Drallseite eine höhere Strömungsgeschwindigkeit an der Wand auf, die der Russablagerung entgegenwirkt. Ein weiterer entscheidender Vorteil schrägverzahnter Stegrippen ist, dass in Fällen, bei denen eine geringe Dichte der Stegrippen in Strömungsquerrichtung zur Verblockungsvermeidung erforderlich ist, insbeson- dere bei ungünstiger Abgaszusammensetzung, trotz geringer Rippenoberfläche eine ausreichende Kühlerleistung gewährleistet werden kann.
Der erfindungsgemäße Stapelscheiben-Wärmetauscher umfasst ein äußeres Gehäuse mit einem Deckel , wobei ein Eintritt und ein Austritt für das Ab- gas vorgesehen sind sowie ein Eintritt und ein Austritt für ein flüssiges Kühlmittel. Innerhalb des Gehäuses sind mehrere Scheibenelemente vorgesehen, wobei jedes der Scheibenelemente aus einer oberen Hälfte und einer unteren Hälfte zusammengesetzt ist. Mittels aufgestülpter Kragen sind die Scheibenelemente untereinander und mit dem Gehäuse so verschweißt, dass das Kühlmittel jeweils zwischen den zwei Hälften eines Scheibenelements vom Einlass zum Auslass strömt. Zwischen zwei Scheibenelementen ist jeweils eine in nicht gezeigte Einlage mit Stegrippen angeordnet, wobei der Zwischenraum zwischen zwei Scheibenelementen jeweils einen Strömungskanal für das Abgas bildet. Die Einlagen sind in aus Gründen der Ü- bersichtlichkeit nicht dargestellt. Die Einlagen bestehen aus einem rostfreien Stahl. Zur Verbesserung des thermischen Kontakts zwischen den Einlagen und den Scheibenelementen bzw. dem Gehäuse können die Einlagen flächig mit den genannten Elementen verschweißt oder verlötet sein.
Bei einer weiteren Ausführungsform besteht die Turbulenzeinlage aus einem dünnen Blechmaterial, in das mittels formender Maßnahmen parallele Stegrippen eingebracht sind. Jede der Stegrippen umfasst eine Reihe von in Abgasströmungsrichtung nacheinander angeordneten Stegen. Jeweils zwei in Abgasströmungsrichtung hintereinander folgende Stege sind um eine halbe Stegbreite quer zur Abgasströmungsrichtung gegeneinander versetzt ange- ordnet, so dass sich nach jedem Steg eine Schnittkante mit einem nachfolgenden Steg anschließt. Im vorliegenden Beispiel sind die Wandungen parallel zu der Strömungsrichtung des Abgases ausgerichtet und bilden mit einer Achse B der Stegrippen bzw. der Hauptströmungsrichtung des Abgases A einen Winkel von 0°. Eine solche Stegrippen-Einlage wird als geradever- zahnte Stegrippe bezeichnet.
Im ersten Ausführungsbeispiel beträgt die Länge I eines Steges etwa 4mm. Die Breite b einer einzelnen Stegrippe ist als Breite der Wiederholeinheit der periodischen Struktur quer zur Hauptströmungsrichtung des Abgases defi- niert. Die Stegrippendichte 2/b beträgt im vorliegenden Beispiel etwa 40 Stegrippen/dm. Die Breite b einer Stegrippe beträgt somit etwa 5mm
Die Höhe h der Stegrippen entspricht dem Abstand zweier benachbarter Scheibenelemente des Wärmetauschers und beträgt vorliegend etwa 5mm.
Bei einer weitere Ausgestaltung der Stegrippen-Einlage sind hierbei die seitlichen Wandungen der einzelnen Stege nicht parallel zu der Hauptrichtung B der Stegrippen ausgerichtet. Vielmehr schließt jede der Wandungen der Stege mit der Hauptrichtung B der Stegrippen einen Winkel W von etwa 30° ein. Die weiteren Maße der schrägverzahnten Stegrippen-Einlage entsprechen den Maßen der geradeverzahnten Stegrippe. Geeignete Längsteilung I für entsprechende Winkel der Wandungen W ergeben geeignete Ausführungen bei 10° mit Längsteilungen I < ca.i Omm, bei 20° mit I < ca. 6mm, bei 30° mit kca. 4mm und bei 45° mit l< ca. 2mm. Die minimale Längsteilung I liegt bei allen Winkeln bei ca. 1 mm. Die zulässige Kanalstreckung l/s liegt in etwa innerhalb der gleichen Grenze wie für eine gerade verzahnte Stegrippe, wobei s den Stegabstand quer zur Hauptströmungsrichtung B bezeichnet. In der Regel sind Längsteilungen I < 1 mm aus fertigungstechnischen Gründen schlecht herzustellen.
Die Merkmale der verschiedenen Ausführungsbeispiele sind beliebig miteinander kombinierbar. Die Erfindung ist auch für andere als die gezeigten Gebiete einsetzbar.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Wärmetauscher, insbesondere zur Kühlung von Abgas, umfassend mindestens einen ersten Strömungskanal (2) eines ersten Mediums, insbesondere eines Gases, mindestens einen zweiten Strömungskanal (3) eines mindestens zweiten Mediums, insbesondere eines Kühlmediums, mindestens eine erste Scheibe (4), mindestens eine zweite Scheibe (5), wobei die erste Scheibe (4) und die zweite Scheibe (5) miteinander verbunden sind und den ersten Strömungskanal (2) des ersten Mediums bilden, mit mindestens einem Gehäuseelement (6), insbesondere einem ers- ten Gehäuseelement (7) und einem zweiten Gehäuseelement (8), welches mit der ersten Scheibe (4) und mit der zweiten Scheibe (5) den zweiten Strömungskanal (3) des zweiten Mediums bilden, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Gehäuseelement (6, 7)durch das zweite Medium kühlbar ist.
2. Wärmetauscher nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das erste Gehäuseelement (6, 7) im Wesentlichen vollständig von dem zweiten Medium, insbesondere Kühlmedium, umströmbar ist.
3. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das die Temperatur des ersten Mediums, insbesondere des Ab- gases eines Verbrennungsmotors, vor dem Eintritt in den Wärmetauscher höher ist als die Temperatur des zweite Mediums, insbesondere des Kühlmediums, vor dem Eintritt in den Wärmetauscher.
4. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Gehäuseelement (6, 7) aus einem ersten Material, insbesondere Aluminium oder Kunststoff, und das zweite Gehäuseelement (8) aus einem anderen zweiten Material, insbesondere Stahl, ausgebildet sind.
5. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Gehäuseelement (8) mindestens eine Gehäuseöffnung, insbesondere eine erste Gehäuseöffnung (10) für einen Eintritt (11 ) des ersten Mediums in den ersten Strömungskanal (2), insbesondere eine zweite Gehäuseöffnung (12) für einen Ausritt
(13) des ersten Mediums aus dem ersten Strömungskanal (2), insbesondere eine dritte Gehäuseöffnung (14) für einen Eintritt (15) des zweiten Mediums in den zweiten Strömungskanal (3) und insbesondere eine vierte Gehäuseöffnung (16) für einen Ausritt des ersten Medi- ums aus dem zweiten Strömungskanal (3), aufweist.
6. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Gehäuseelement (6, 7)und das zweite Gehäuseelement (8) in mindestens eine Stapelrichtung Sder ersten Scheiben (4) und der zweiten Scheiben (5) offenbar sind.
7. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Gehäuseelement (6, 7)und das zweite Gehäuseelement (8) miteinander stoffschlüssig, insbesondere durch Löten, Schweißen, Kleben usw., verbunden und/oder formschlüssig, insbesondere durch Schrauben, Clipsen, oder durch Umformen wie, Falzen, Crimpen, Bördeln usw., verbunden sind.
8. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Gehäuseelement (6, 7) und das zweite Gehäuseelement (8) mit einem Dichtelement, insbesondere einen O-Ring, Vierkantring, eine Filmdichtung usw., gegeneinander abgedichtet sind.
9. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Scheibe (4) und/oder die zweite Scheibe (5) Ausprägungen (18), insbesondere turbulenzerzeugende Elemente (18) aufweisen.
10. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Scheiben (4) und/oder die zweiten Scheiben (5) an Scheibenenden (19) jeweils mindestens einen Napf (20) aufweisen.
11. Wärmetauscher nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die
Näpfe (20) jeweils mindestens eine Napföffnung (21 ), insbesondere zum Durchtritt des ersten Kühlmediums, aufweisen.
12. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils eine erste Scheibe (4) mit jeweils einer zweiten Scheibe (5) ein Scheibenpaar (22) bilden und stoffschlüssig, insbesondere durch Löten, Schweißen, Kleben usw, miteinander verbunden sind.
13. Wärmetauscher nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Scheibenpaare aufeinander stapelbar und an Napföffnungs- rändern stoffschlüssig, insbesondere durch Löten, Schweißen, Kleben usw, miteinander verbunden sind.
14. Wärmetauscher nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheibenpaare (22) die ersten Strömungskanäle (2) für das erste Medium, insbesondere für zu kühlendes Abgas, bilden.
15. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass benachbarte Scheibenpaare (22) beabstandet voneinander angeordnet sind und auf diese Weise die zweiten Strömungskanäle (3) des zweiten Mediums, insbesondere Kühlmediums, ausgebildet sind.
16. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwischen dem ersten Gehäuseelement (6, 7) und einer Scheibenpaarrandfläche (24) die zweiten Strömungskanäle (3) des zweiten Mediums, insbesondere Kühlmedium, ausgebildet sind.
17. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass neben den zweiten Strömungskanälen (3) dritte Strömungskanäle eines dritten Mediums ausgebildet sind.
18. Wärmetauscher nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die dritten Strömungskanäle des dritten Mediums zwischen dem ersten
Gehäuseelement (6, 7) und den Scheibenpaarrandflächen (24) ausgebildet sind
19. Wärmetauscher nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass die dritten Strömungskanäle von den zweiten Strömungskanälen (3), insbesondere durch mindestens ein Trennwandelement, getrennt sind.
20. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch ge- kennzeichnet, dass die zweiten Strömungskanäle (3) mit dem zweiten
Medium, insbesondere Kühlmedium, eines Hochtemperaturkühlkreis- laufs beströmbar und die dritten Strömungskanäle mit einem dritten Medium, insbesondere Kühlmedium, eines Niedertemperaturkühlkreis- laufs beströmbar sind.
21. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Gehäuseelement (6, 7) integraler Bestandteil mindestens eins anderen Bauteils, insbesondere eines Wassermantels, eines Zylinderkopfes eines Verbrennungsmotors, eines Wassertanks eines Kühlmittelkühlers usw., ist.
22. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher ein zweites Gehäuseelement (8) aber kein erstes Gehäuseelement (6, 7) aufweist.
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