EP2998675A1 - Heat exchanger - Google Patents
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- EP2998675A1 EP2998675A1 EP15184703.5A EP15184703A EP2998675A1 EP 2998675 A1 EP2998675 A1 EP 2998675A1 EP 15184703 A EP15184703 A EP 15184703A EP 2998675 A1 EP2998675 A1 EP 2998675A1
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Definitions
- the invention relates to a heat exchanger, in particular a charge air cooler or an exhaust gas cooler for a motor vehicle, according to the preamble of claim 1.
- Exhaust coolers have the task of cooling hot exhaust gas from internal combustion engines, so that this cooled exhaust gas can be added to the intake air again. In this case, to increase the thermodynamic efficiency of an internal combustion engine, the cooling to a very low level.
- This principle is generally known as cooled exhaust gas recirculation and is used to achieve a reduction of pollutants, in particular nitrogen oxides, in the exhaust gas.
- Such heat exchangers have become known, which are formed from a stack of disc pairs, wherein between a pair of discs, a first flow channel is formed and between two stacked disc pairs a second flow channel is formed.
- the first flow channel is usually closed to the outside and can be fluidly connected to a fluid channel only via inlet and outlet openings in the stack or on a housing comprising the stack, in order to introduce or dispense a first fluid into the first flow channel.
- the first fluid is usually a cooling fluid, such as cooling water.
- the second flow channel is also usually designed to be open on its narrow side in order, for example, to distribute a second fluid to or from the plurality of second flow channels via an intended connection element, which are arranged adjacent to one another and stacked.
- a gas is used as the second fluid, such as air, exhaust gas or an exhaust gas-air mixture.
- the inflowing second fluid is usually very hot, so that the leading edge of the pairs of discs on the inflow side of the second fluid in the heat exchanger is exposed to very high thermal stress.
- the temperature transition from the very hot uncooled gas inlet region of the second flow channel to the region of the heat exchanger in communication with the coolant leads to high stresses due to the different thermal expansion due to the different temperatures.
- the gas flow in the inlet region of the hot gas is usually carried out with relatively thick-walled diffusers to withstand the high pressures and temperatures, the heat-transmitting discs of the heat exchanger from efficiency, cost and Weight reasons are designed as thin as possible.
- the diffuser and the disks expand differently and high stresses result on the thin-walled disks of the disk stack, in particular in the corners of the disks at the hot gas inlet.
- the heat exchanger is constructed without coolant housing from substantially U-shaped flow channels.
- Disc of disc pair folded, as flanged This also increases the strength of the disc leading edge on the flattened flat regions of the flow channel, because there are three layers of material instead of just two layers of material.
- the flanging ends in the corners of the flow channels, ie at the window corners. This results in a notch, at which the thickness of the front edge of three layers or sheet thickness decreases to two layers or sheet thicknesses. It has been shown that exactly in this corner region, however, particularly strong tensile stresses occur due to the heated diffuser and, due to the notch effect, thermally induced failures of the disk pair and thus of the heat exchanger occur.
- An embodiment of the invention relates to a heat exchanger, in particular exhaust gas cooler or intercooler, comprising a, consisting of a plurality of elongated disc pairs disc stacks, each two interconnected discs form a first fluid channel between them and between two disc pairs a second fluid channel is formed, wherein the disc pair U- is formed with base and raised sidewalls and the discs are superimposed so that they limit the first flow channel, wherein one of the discs of a disc pair at the edge in the inlet and / or outflow for the second fluid, which is usually on the front side of the disc pair is and therefore referred to here as the front side or front edge, has a tab, which for beading around the Front side of the other disc is used, characterized in that the flanging of the tab is made at the base of the disc and the flanging of the tab also continues into the side walls of the discs.
- the base is essentially the bottom of a disc or a disc pair.
- the front side can also be referred to as a narrow side.
- the flanging on the side walls is made only up to a height that corresponds to only a part of the total height of the side wall.
- the disc has a wall thickness and the height corresponds at least to the wall thickness of the disc, preferably between 3 and 5 wall thicknesses or more.
- the corner region is advantageously reinforced, wherein beading around the tab is facilitated at a reduced height.
- the flanging on the side walls to reach the total height of the side wall.
- the flanging is made at the base over the entire width of the base. This advantageously reinforces the narrow side of the disk pair over its entire width exposed to the hot fluid flow.
- the beading on the base is made only partially over the entire width of the base. This makes it easier to flare and save weight.
- the FIG. 1 shows a representation of a heat exchanger 1 according to the invention, which is designed as an exhaust gas cooler or as intercooler. Alternatively, the heat exchanger 1 can also be used elsewhere. It is advantageous if a gaseous fluid is used as a second fluid. In this case, exhaust gas, air, such as charge air, or an exhaust air-air mixture can be used as the second gaseous fluid. It is also advantageous if a liquid fluid is used as the first fluid. For this purpose, water or a water-based mixture can be used as a coolant or another coolant or a refrigerant. Furthermore, the first fluid may, for example, be oils, for example in an oil cooler or heater for preheating the oil during a cold start.
- Such a heat exchanger 1 can be used advantageously as an exhaust gas heat exchanger in a motor vehicle.
- exhaust gas recirculation system EGR system
- exhaust gas emitted by the internal combustion engine of the motor vehicle can be cooled at least partially by a liquid coolant of a coolant circuit in the heat exchanger and returned to the intake tract of the internal combustion engine.
- EGR system exhaust gas recirculation system
- Such a heat exchanger 1 can also be used advantageously as a charge air cooler in a motor vehicle. The charge air is cooled by coolant.
- the heat exchanger 1 consists of a stack 2 of elongated disk pairs 32, wherein in each case two superimposed disks 18, 18 'along their longitudinal extent are soldered together at their edge in the longitudinal direction.
- the longitudinal direction or the longitudinal side defines the direction or side between two openings as inlet 5 and outlet 6 for a second fluid, which are formed on the narrow sides 21, also called end faces.
- the extension in the longitudinal direction may be longer, equal or shorter than the extension of the narrow side.
- a second fluid channel 30 is formed between the respective disc pairs 32.
- the second fluid channel 30 between an upper disc 18' of a lower disc pair 32 and lower disc 18 of an upper disc pair 32 formed.
- a first fluid channel 4 is formed between the two disks 18, 18 'of a disk pair 32.
- the second fluid channel 30 serves to flow through the gaseous second fluid, wherein the first fluid channel 4 serves for the flow through of the first liquid fluid.
- the two disks are connected to the narrow sides such that the first fluid channel between the two disks 18, 18 'is completed by a soldering.
- the disc pair of discs 18, 18 ' has an approximately U-shaped contour with a rectangular-like outer shape, wherein the discs 18, 18' at two longitudinal edges and / or on two longitudinal sides are soldered together, the discs in the soldered state in a central region spaced from each other are formed.
- each disk pair 32 of the disks 18, 18 ' may be integrally formed on the floor or the base of the lower disk 18 or surface-mounted coolant guide assembly 3.
- This coolant guide arrangement 3 can be embossed as an embossing or impressions in the base 60 of the disc 18 and / or in the base 61 of the disc 18 ', so that the fluid flowing through the fluid channel 4 formed in the interior of the disc pair 18, 18' Guidance and possibly a channeling learns.
- web-shaped indentations are provided, which protrude into the second fluid channel 4 between the two disks 18, 18 '.
- the coolant guide arrangement 3 can also be arranged as a separate component between the disks 18, 18 ', which has the indentations or structures.
- the definition of the base 60, 61 of the disc 18 or 18 ' is the essentially flat or flat area between any raised edges of a disc 18, 18'.
- the second fluid channel 30 is arranged between an upper disk 18 'of one disk pair 32 and a disk 18 of another adjacent disk pair 32 adjacent thereto. For example, exhaust gas or charge air flows through this fluid channel 30 as a second fluid.
- the first fluid channel 4 is arranged between the two disks 18, 18 'of a disk pair 32. For example, a liquid coolant flows through this fluid channel 4.
- the second fluid flows through the second fluid channel 30 and leaves the disk stack 2 of the disk pairs 32 with the disks 18, 18 'via the outlet 6, which is formed opposite to the inlet 5.
- the coolant channel arrangement 3 has a plurality of coolant-carrying webs 7 extending parallel to one another in the longitudinal direction of the disks 18 and which form individual sub-channels whose open ends are guided running near the inlet 5 and the outlet 6 of the second fluid in a direction perpendicular to the inlet 5 and outlet 6, respectively. These webs lead the subchannels arranged between them to the inlet or outlet of the first fluid, which are provided as openings 9, 10 in the side walls or edges 8 of the disc 18.
- Each disc 18 has in its longitudinal extent on both sides of a highly curved edge 8 in the form of a fold, which extends perpendicularly in the direction of the overlying, identically formed adjacent disc 18.
- the disc 18 ' also has a mutually elevated respective edge 40, which is bent up in the manner of a fold, which is bent laterally outwardly back down.
- the edge 40 is quasi double-layered, wherein between the two layers a distance is provided.
- the disc 18 ' is located on the disc 18 and the edges 40 are located between the edges 8.
- the outer walls of the edges 40 and 8 touch.
- a plurality of such connected pairs of discs 32 with the discs 18, 18 'as a stack of discs 2 are stacked.
- the edge 8 of the disc 18 each have an opening 9 or 10 incorporated.
- These openings 9, 10 serve for the exit or entry of the first fluid, such as the coolant.
- the openings of the respective disk pairs are arranged one above the other in the disk stack 2.
- the respective coolant collection channel 11, 12 have a recess, not shown, which covers the openings 9 and 10 sealingly.
- the coolant collection channel 11, 12 is advantageously designed as a deep-drawn part or pipe segment and is pushed over the openings 9 or 10 of the discs 18.
- the narrow side 21 of the disk stack 2 is taken in each case by a frame 13, 14.
- the discs 18 are further formed so that without or optionally together with the frame 13, 14, a continuous circumferential contour is formed, via which in each case a diffuser, a flange or an adapter can be plugged and soldered leak-free.
- the heat exchanger 1 terminates at the top with a rimless or bordered cover 19 from.
- This cover 19 may be on the edge 8 or between the edges of the uppermost disc 18 and both discs 18, 18 'on or lie between.
- the uppermost fluid channel 30, in particular as a coolant channel, closed, without additional components are necessary.
- Bottom side also serves a rimless base plate for stabilizing the last lower disc 18th
- the first fluid channel 4 between the two discs 18, 18 ' is approximately U-shaped.
- the fluid channel 4 assumes a first partial area, which is quasi-planar and extends substantially parallel to the bottom 60 of the disc 18.
- the fluid channel 30 occupies two lateral portions, which are aligned substantially perpendicular to the plane of the bottom 60 of the disc 18. The subareas are designed so that the fluid channel 30 is aligned higher at the edges than in the central portion of the base 60 of the disc 18th
- the lower disk 18 of the upper disk pair 32 closes the second fluid channel 30 between the lower and the upper disk pair 32 by contacting the edges 8 of the lower disks 18 and /. or the upper disc 18 'of the lower disc pair 32 sets.
- FIGS. 2 and 3 show a lower disc 18 of the disc pair.
- the disc has an approximately rectangular elongated contour.
- a rim 8 is bent up, which is approximately at right angles from the ground or base or from the plane of the bottom or base 60 high.
- openings 10 are introduced in an edge for the inflow or outflow of a fluid.
- the openings 10 are formed substantially rectangular.
- webs 7 are embossed as a coolant guide assembly, which serve the formation of sub-channels and which form a flow path between the openings 10.
- individual of the webs 7 or the webs 7 are formed such that they have a rectangular course from one opening 10 to the other opening 10. In a first section, they are perpendicular to the main orientation 90 of the disc 18, in a central portion they are parallel to the main orientation 90 of the disc 18 and in another portion they are again perpendicular to the main orientation 90 of the disc 18th
- FIGS. 4 and 5 show an upper disc 18 'of the disc pair.
- the disc 18 ' has an approximately rectangular elongated contour.
- an edge 8' is bent up, which is approximately at right angles from the ground or from the plane of the bottom 61 high.
- the edge 8 ' is double-walled.
- the openings 10 ' are formed substantially rectangular.
- the base 61 is flat or it may have downwardly into the first fluid channel reaching webs or other impressions.
- both the base and the edges are embossed such that when the disc 18' is placed on the disc 18, a sealed end portion is formed.
- the first fluid channel 4 is formed between the two disks 18, 18'.
- the two disks 18, 18 ' are sealed to one another except for the openings 10.
- FIG. 6 shows a lower disc 18 which is formed on its narrow side 100 forwardly such that a U-shaped circumferential tab 101 protrudes from the bottom 102 and the side walls 103, which after placing the second disc of the disc pair in the U-shaped portion of Bodens 102 and the side walls 103, which are also called edges, is flanged.
- FIGS. 7 and 8 each show a pair of discs 110 in which a disc 18 'is mounted on a lower disc 18, wherein the tab 101 of the lower disc 18 on both the base 102 and on the side walls 103 via the base 102' and the side walls 103 'of Disk 18 'was flanged.
- the broken line 111 results as the edge of the bent tab 101.
- the flange is guided at the leading edge from the base over the corners in the side wall.
- the entire U-shaped front edge is completely flanged.
- FIG. 8 shows, however, a representation in which the beading is made over the full lateral height.
- a beading over the area which is soldered to the frame or diffuser is continued at least over a wall thickness of the disc in order to benefit on the one hand from the increased material thickness and on the other hand, the notch area in a non-critical To lay the area of the side wall.
- an overlap area is provided by flanging at a height of at least about three to about five disk wall thicknesses.
- FIG. 9 shows a prior art pair of discs 210 in which a disc 18 'is mounted on a lower disc 18, wherein the tab 201 of the lower disc 18 has been crimped on both the base 202 and the base 202' of the disc 18 '.
- the flanged tab 201 terminates exactly in the corner between the base and side wall, resulting in significant notch effect and greater risk of failure.
Abstract
Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager, insbesondere Abgaskühler oder Ladeluftkühler, umfassend einen, aus mehreren länglichen Scheibenpaaren (32) bestehenden Scheibenstapel (2), wobei jeweils zwei miteinander verbundene Scheiben (18,18') einen ersten Fluidkanal (4) zwischen sich bilden und zwischen zwei Scheibenpaaren ein zweiter Fluidkanal (30) gebildet ist, wobei die Scheiben eines Scheibenpaares U-förmig mit Boden und hochgestellten Seitenwänden ausgebildet sind und aufeinander liegen um den ersten Strömungskanal zu begrenzen, wobei eine der Scheiben eines Scheibenpaares an ihrer Stirnseite eine Lasche aufweist, welche zum Umbördeln um die Stirnseite der anderen Scheibe dient, dadurch gekennzeichnet, dass die Umbördelung der Lasche an dem Boden der Scheibe vorgenommen ist und sich die Umbördelung der Lasche auch bis in die Seitenwände der Scheiben fortsetzt.The invention relates to a heat exchanger, in particular exhaust gas cooler or intercooler, comprising a disk stack (2) consisting of a plurality of elongated disk pairs (32), two disks (18, 18 ') connected to each other forming a first fluid channel (4) between them and between them two disc pairs a second fluid channel (30) is formed, wherein the discs of a disc pair U-shaped with bottom and raised side walls are formed and each other to limit the first flow channel, wherein one of the discs of a pair of discs on its front side has a tab, which serves for beading around the front side of the other disc, characterized in that the flanging of the tab is made at the bottom of the disc and the flanging of the tab also continues into the side walls of the discs.
Description
Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager, insbesondere einen Ladeluftkühler oder einen Abgaskühler für ein Kraftfahrzeug, nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.The invention relates to a heat exchanger, in particular a charge air cooler or an exhaust gas cooler for a motor vehicle, according to the preamble of claim 1.
Abgaskühler haben die Aufgabe, heißes Abgas von Verbrennungsmotoren zu kühlen, damit dieses gekühlte Abgas der Ansaugluft wieder beigemischt werden kann. Dabei ist zur Steigerung des thermodynamischen Wirkungsgrades eines Verbrennungsmotors die Abkühlung auf ein sehr niedriges Niveau anzustreben. Dieses Prinzip ist allgemein als gekühlte Abgasrückführung bekannt und wird angewandt, um eine Reduzierung von Schadstoffen, wie insbesondere von Stickoxyden, im Abgas zu erreichen.Exhaust coolers have the task of cooling hot exhaust gas from internal combustion engines, so that this cooled exhaust gas can be added to the intake air again. In this case, to increase the thermodynamic efficiency of an internal combustion engine, the cooling to a very low level. This principle is generally known as cooled exhaust gas recirculation and is used to achieve a reduction of pollutants, in particular nitrogen oxides, in the exhaust gas.
Aus der
Dabei ist der erste Strömungskanal üblicherweise nach außen abgeschlossen und nur über Zu- und Ablauföffnungen in dem Stapel oder an einem den Stapel umfassenden Gehäuse mit einem Fluidkanal fluidverbindbar, um ein erstes Fluid in den ersten Strömungskanal ein- bzw. auszulassen. Dabei ist das erste Fluid üblicherweise ein Kühlfluid, wie beispielsweise Kühlwasser.In this case, the first flow channel is usually closed to the outside and can be fluidly connected to a fluid channel only via inlet and outlet openings in the stack or on a housing comprising the stack, in order to introduce or dispense a first fluid into the first flow channel. In this case, the first fluid is usually a cooling fluid, such as cooling water.
Der zweite Strömungskanal ist ebenso üblicherweise an seiner Schmalseite offen ausgebildet, um beispielsweise über ein vorgesehenes Anschlusselement ein zweites Fluid auf die Vielzahl der zweiten Strömungskanäle zu verteilen oder aus diesen wieder auszuführen, die benachbart zueinander und gestapelt angeordnet sind. Dabei wird als zweites Fluid ein Gas eingesetzt, wie Luft, Abgas oder ein Abgas-Luft-Gemisch.The second flow channel is also usually designed to be open on its narrow side in order, for example, to distribute a second fluid to or from the plurality of second flow channels via an intended connection element, which are arranged adjacent to one another and stacked. In this case, a gas is used as the second fluid, such as air, exhaust gas or an exhaust gas-air mixture.
Bei diesen Wärmeübertragern ist das einströmende zweite Fluid in der Regel sehr heiß, so dass die Vorderkante der Scheibenpaare an der Einströmseite des zweiten Fluids in den Wärmeübertrager sehr hohem thermischem Stress ausgesetzt ist.In these heat exchangers, the inflowing second fluid is usually very hot, so that the leading edge of the pairs of discs on the inflow side of the second fluid in the heat exchanger is exposed to very high thermal stress.
Der Temperaturübergang von dem sehr heißen, ungekühlten Gaseintrittsbereich des zweiten Strömungskanals zu dem mit dem Kühlmittel in Verbindung stehenden Bereich des Wärmeübertragers führt zu hohen Spannungen aufgrund der unterschiedlichen thermischen Ausdehnung aufgrund der unterschiedlichen Temperaturen.The temperature transition from the very hot uncooled gas inlet region of the second flow channel to the region of the heat exchanger in communication with the coolant leads to high stresses due to the different thermal expansion due to the different temperatures.
Weiterhin erfolgt die Gasführung im Eintrittsbereich des heißen Gases in der Regel mit relativ dickwandigen Diffusoren, um den hohen Drücken und Temperaturen standhalten zu können, wobei die wärmeübertragenden Scheiben des Wärmeübertragers aus Effizienz-, Kosten- und Gewichtsgründen möglichst dünnwandig gestaltet sind. Durch die unterschiedlichen auftretenden Temperaturen dehnen sich der Diffusor und die Scheiben unterschiedlich aus und es ergeben sich hohe Spannungen an den dünnwandigeren Scheiben des Scheibenstapels, insbesondere in den Ecken der Scheiben am Heißgaseintritt.Furthermore, the gas flow in the inlet region of the hot gas is usually carried out with relatively thick-walled diffusers to withstand the high pressures and temperatures, the heat-transmitting discs of the heat exchanger from efficiency, cost and Weight reasons are designed as thin as possible. As a result of the different temperatures occurring, the diffuser and the disks expand differently and high stresses result on the thin-walled disks of the disk stack, in particular in the corners of the disks at the hot gas inlet.
Meist sind die Scheiben bzw. die Scheibenpaare in einen Boden des Wärmeübertragers eingesteckt, der mit einem Gehäuse und/oder dem Gaseintrittsdiffusor verbunden ist. Der Boden ist üblicherweise dickwandiger ausgebildet als die Scheiben selbst, so dass die Ausfallgefahr durch thermische Spannungen im Übergangsbereich zum heißen Diffusor dadurch reduziert wird.Most of the discs or pairs of discs are inserted into a bottom of the heat exchanger, which is connected to a housing and / or the gas inlet diffuser. The bottom is usually thick-walled formed as the discs themselves, so that the risk of failure is reduced by thermal stresses in the transition region to the hot diffuser.
Aus Kosten-, Gewichts- und Fertigungsprozessgründen wird jedoch zunehmend angestrebt, auf einen Boden zu verzichten und die Abdichtung der als Kühlmittelkanäle ausgebildeten Strömungskanäle zwischen einem Scheibenpaar durch eine geeignete Formgebung der Scheiben zu erreichen. In der
Es ergibt sich dadurch keine gerade Vorderkante der Scheibenpaare, sondern der Kanalgeometrie entsprechend eine ebenfalls U-förmige Vorderkante. Die Kanäle werden in einen Diffusor eingesteckt und dadurch wird seitlich ein enger Lötspalt erreicht, der zu einer dichten Verlötung des Strömungskanals führt. An der verbleibenden Vorderkante besteht allerdings die Gefahr, dass die zwei Blechlagen der beiden Scheiben eines Scheibenpaares, welche die Ober- und die Unterseite des Strömungskanals bilden, nicht passgenau aneinander anliegen und so Lötfehlstellen und Leckagen entstehen können.This results in no straight front edge of the disk pairs, but the channel geometry corresponding to a likewise U-shaped front edge. The channels are plugged into a diffuser and thereby a narrow solder gap is achieved laterally, which leads to a dense soldering of the flow channel. On the remaining front edge, however, there is a risk that the two sheet metal layers of the two discs of a disc pair, which form the top and bottom of the flow channel, not fit snugly together and so soldering and leaks can arise.
Um eine dichte Verlötung sicherzustellen, wird daher die ebene Vorderkante der unteren Scheibe eines Scheibenpaares um die Vorderkante der oberenTo ensure a tight soldering, therefore, the flat front edge of the lower disc of a pair of discs around the leading edge of the upper
Scheibe des Scheibenpaares umgelegt, wie umgebördelt. Dadurch wird zudem die Festigkeit der Scheibenvorderkante an den umgebördelten ebenen Bereichen des Strömungskanals erhöht, weil drei Materiallagen statt nur zwei Materiallagen vorliegen. Die Bördelung endet jedoch in den Ecken der Strömungskanäle, also an den Scheibenecken. Dadurch entsteht eine Kerbe, an der die Dicke der Vorderkante von drei Lagen bzw. Blechdicken auf zwei Lagen bzw. Blechdicken abnimmt. Es hat sich gezeigt, dass genau in diesem Eckbereich jedoch besonders starke Zugspannungen durch den aufgeheizten Diffusor auftreten und es aufgrund der Kerbwirkung zu thermisch bedingten Ausfällen des Scheibenpaares und damit des Wärmeübertragers kommt.Disc of disc pair folded, as flanged. This also increases the strength of the disc leading edge on the flattened flat regions of the flow channel, because there are three layers of material instead of just two layers of material. However, the flanging ends in the corners of the flow channels, ie at the window corners. This results in a notch, at which the thickness of the front edge of three layers or sheet thickness decreases to two layers or sheet thicknesses. It has been shown that exactly in this corner region, however, particularly strong tensile stresses occur due to the heated diffuser and, due to the notch effect, thermally induced failures of the disk pair and thus of the heat exchanger occur.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen Wärmeübertrager zu schaffen, welcher gegenüber dem Stand der Technik verbessert ist und eine höhere Lebensdauer aufzeigt.It is the object of the invention to provide a heat exchanger which is improved over the prior art and has a longer life.
Dies wird erreicht mit den Merkmalen von Anspruch 1.This is achieved with the features of claim 1.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager, insbesondere Abgaskühler oder Ladeluftkühler, umfassend einen, aus mehreren länglichen Scheibenpaaren bestehenden Scheibenstapel, wobei jeweils zwei miteinander verbundene Scheiben einen ersten Fluidkanal zwischen sich bilden und zwischen zwei Scheibenpaaren ein zweiter Fluidkanal gebildet ist, wobei das Scheibenpaar U-förmig mit Basis und hochgestellten Seitenwänden ausgebildet ist und die Scheiben so aufeinander liegen, dass sie den ersten Strömungskanal begrenzen, wobei eine der Scheiben eines Scheibenpaares an der Kante im Ein- und/oder Ausströmbereich für das zweite Fluid, die meist an der Stirnseite des Scheibenpaares liegt und deshalb hier als Stirnseite bzw. Vorderkante bezeichnet wird, eine Lasche aufweist, welche zum Umbördeln um die Stirnseite der anderen Scheibe dient, dadurch gekennzeichnet, dass die Umbördelung der Lasche an der Basis der Scheibe vorgenommen ist und sich die Umbördelung der Lasche auch bis in die Seitenwände der Scheiben fortsetzt. Dadurch wird insbesondere in den Ecken zwischen der Basis und den Seitenwänden des Scheibenpaares eine Verstärkung erzielt, welche die Langlebigkeit des Wärmeübertragers fördert. Dabei ist die Basis im Wesentlichen der Boden einer Scheibe bzw. eines Scheibenpaares. Die Stirnseite kann dabei auch als Schmalseite bezeichnet werden.An embodiment of the invention relates to a heat exchanger, in particular exhaust gas cooler or intercooler, comprising a, consisting of a plurality of elongated disc pairs disc stacks, each two interconnected discs form a first fluid channel between them and between two disc pairs a second fluid channel is formed, wherein the disc pair U- is formed with base and raised sidewalls and the discs are superimposed so that they limit the first flow channel, wherein one of the discs of a disc pair at the edge in the inlet and / or outflow for the second fluid, which is usually on the front side of the disc pair is and therefore referred to here as the front side or front edge, has a tab, which for beading around the Front side of the other disc is used, characterized in that the flanging of the tab is made at the base of the disc and the flanging of the tab also continues into the side walls of the discs. As a result, reinforcement is achieved, in particular in the corners between the base and the side walls of the disk pair, which promotes the longevity of the heat exchanger. The base is essentially the bottom of a disc or a disc pair. The front side can also be referred to as a narrow side.
Dabei kann es vorteilhaft sein, wenn die Umbördelung an den Seitenwänden nur bis zu einer Höhe vorgenommen ist, die nur einem Teil der Gesamthöhe der Seitenwand entspricht.It may be advantageous if the flanging on the side walls is made only up to a height that corresponds to only a part of the total height of the side wall.
Gemäß der Erfindung ist es zweckmäßig, wenn die Scheibe eine Wandstärke aufweist und die Höhe mindestens der Wandstärke der Scheibe entspricht, vorzugsweise zwischen 3 und 5 Wandstärken oder mehr beträgt. Dadurch wird der Eckbereich vorteilhaft verstärkt, wobei ein Umbördeln der Lasche bei reduzierter Höhe erleichtert ist.According to the invention, it is expedient if the disc has a wall thickness and the height corresponds at least to the wall thickness of the disc, preferably between 3 and 5 wall thicknesses or more. As a result, the corner region is advantageously reinforced, wherein beading around the tab is facilitated at a reduced height.
Alternativ kann die Umbördelung an den Seitenwänden bis zur Gesamthöhe der Seitenwand reichen.Alternatively, the flanging on the side walls to reach the total height of the side wall.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Umbördelung an der Basis über die gesamte Breite der Basis vorgenommen ist. Dies verstärkt die Schmalseite des Scheibenpaares vorteilhaft auf seiner gesamten Breite, die der heißen Fluidströmung ausgesetzt ist.It is particularly advantageous if the flanging is made at the base over the entire width of the base. This advantageously reinforces the narrow side of the disk pair over its entire width exposed to the hot fluid flow.
Auch ist es vorteilhaft, wenn die Umbördelung an der Basis über die gesamte Breite der Basis nur partiell vorgenommen ist. Dadurch lässt sich die Bördelung vereinfachen und Gewicht sparen.It is also advantageous if the beading on the base is made only partially over the entire width of the base. This makes it easier to flare and save weight.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind durch die nachfolgende Figurenbeschreibung und durch die Unteransprüche beschrieben.Further advantageous embodiments are described by the following description of the figures and by the subclaims.
Nachstehend wird die Erfindung auf der Grundlage zumindest eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
- Fig. 1
- eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Wärmeübertragers,
- Fig. 2
- eine Gesamtansicht der unteren Scheibe des Scheibenpaares,
- Fig. 3
- eine detaillierte Darstellung der unteren Scheibe des Scheibenpaares,
- Fig. 4
- eine Gesamtansicht der oberen Scheibe des Scheibenpaares,
- Fig. 5
- eine detaillierte Darstellung der oberen Scheibe des Scheibenpaares,
- Fig. 6
- eine detaillierte Darstellung einer Scheibe des erfindungsgemäßen Wärmeübertragers,
- Fig. 7
- eine detaillierte Darstellung einer Scheibe des erfindungsgemäßen Wärmeübertragers,
- Fig. 8
- eine detaillierte Darstellung einer Scheibe des erfindungsgemäßen Wärmeübertragers, und
- Fig. 9
- eine detaillierte Darstellung einer Scheibe nach dem Stand der Technik.
- Fig. 1
- a schematic view of a heat exchanger according to the invention,
- Fig. 2
- an overall view of the lower disc of the disc pair,
- Fig. 3
- a detailed representation of the lower disc of the disc pair,
- Fig. 4
- an overall view of the upper disc of the disc pair,
- Fig. 5
- a detailed representation of the upper disc of the disc pair,
- Fig. 6
- a detailed representation of a disc of the heat exchanger according to the invention,
- Fig. 7
- a detailed representation of a disc of the heat exchanger according to the invention,
- Fig. 8
- a detailed illustration of a disc of the heat exchanger according to the invention, and
- Fig. 9
- a detailed view of a disc according to the prior art.
Die
Ein solcher Wärmeübertrager 1 kann vorteilhaft als Abgaswärmeübertrager in einem Kraftfahrzeug eingesetzt werden. Im Rahmen eines sogenannten Abgasrückführsystems (AGR-System) kann dabei von der Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeuges ausgestoßenes Abgas zumindest teilweise durch ein flüssiges Kühlmittel eines Kühlmittelkreislaufes in dem Wärmeübertrager gekühlt und dem Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine wieder zugeführt werden. Ein solcher Wärmeübertragers 1 kann ebenso vorteilhaft als Ladeluftkühler in einem Kraftfahrzeug eingesetzt werden. Dabei wird die Ladeluft kühlmittelgekühlt.Such a heat exchanger 1 can be used advantageously as an exhaust gas heat exchanger in a motor vehicle. In the context of a so-called exhaust gas recirculation system (EGR system), exhaust gas emitted by the internal combustion engine of the motor vehicle can be cooled at least partially by a liquid coolant of a coolant circuit in the heat exchanger and returned to the intake tract of the internal combustion engine. Such a heat exchanger 1 can also be used advantageously as a charge air cooler in a motor vehicle. The charge air is cooled by coolant.
Der Wärmeübertragers 1 besteht aus einem Stapel 2 von länglichen Scheibenpaaren 32, wobei jeweils zwei übereinander liegende Scheiben 18, 18' entlang ihrer Längserstreckung miteinander an ihrem Rand in Längsrichtung verlötet sind.The heat exchanger 1 consists of a
Dabei definiert die Längsrichtung bzw. die Längsseite die Richtung bzw. Seite zwischen zwei Öffnungen als Eintritt 5 und Austritt 6 für ein zweites Fluid, die an den Schmalseiten 21, auch Stirnseiten genannt, ausgebildet sind. Dennoch kann die Erstreckung in Längsrichtung länger, gleich oder auch kürzer als die Erstreckung der Schmalseite sein.In this case, the longitudinal direction or the longitudinal side defines the direction or side between two openings as
Werden die Scheibenpaare 32, die aus den Scheiben 18, 18' gebildet sind, aufeinander gestapelt, so bildet sich zwischen den jeweiligen Scheibenpaaren 32 ein zweiter Fluidkanal 30. Dabei wird der zweite Fluidkanal 30 zwischen einer oberen Scheibe 18' eines unteren Scheibenpaares 32 und der unteren Scheibe 18 eines oberen Scheibenpaares 32 gebildet. Zwischen den beiden Scheiben 18, 18' eines Scheibenpaares 32 wird dabei ein erster Fluidkanal 4 gebildet. Der zweite Fluidkanal 30 dient der Durchströmung des gasförmigen zweiten Fluids, wobei der erste Fluidkanal 4 der Durchströmung des ersten flüssigen Fluids dient.If the disk pairs 32, which are formed from the
An der Schmalseite 21 ist der Scheibenverbund aus den beiden Scheiben 18, 18' offen gestaltet, wodurch ein Eintritt 5 bzw. ein Austritt 6 für das zweite Fluid des zweiten Fluidkanals gebildet wird. Dabei sind die beiden Scheiben an den Schmalseiten derart verbunden, dass der erste Fluidkanal zwischen den beiden Scheiben 18, 18' durch eine Verlötung abgeschlossen ist.On the
Das Scheibenpaar der Scheiben 18, 18' weist eine etwa U-förmige Kontur mit rechteckähnlicher Außengestalt auf, wobei die Scheiben 18, 18' an zwei Längsrändern und/oder an zwei Längsseiten miteinander verlötet sind, wobei die Scheiben im verlöteten Zustand in einem zentralen Bereich beabstandet voneinander ausgebildet sind.The disc pair of
Im Inneren jedes Scheibenpaares 32 der Scheiben 18, 18' kann eine, auf dem Boden bzw. der Basis der unteren Scheibe 18 flächig ausgebildete oder aufliegende Kühlmittelführungsanordnung 3 integriert sein. Alternativ kann darauf auch verzichtet werden. Diese Kühlmittelführungsanordnung 3 kann dabei als Einprägung oder als Einprägungen in die Basis 60 der Scheibe 18 und/oder in die Basis 61 der Scheibe 18' eingeprägt sein, so dass das durch den im Innenraum des Scheibenpaares 18, 18' ausgebildeten Fluidkanal 4 strömende Fluid eine Führung und gegebenenfalls eine Kanalisierung erfährt. Dazu sind beispielsweise stegförmige Einprägungen vorgesehen, die in den zweiten Fluidkanal 4 zwischen den beiden Scheiben 18, 18' vorragen. Alternativ kann die Kühlmittelführungsanordnung 3 auch als separates Bauteil zwischen den Scheiben 18, 18' angeordnet sein, welches die Einprägungen oder Strukturen aufweist. Die Definition der Basis 60, 61 der Scheibe 18 bzw. 18' ist dabei der im Wesentlichen ebene oder flache Bereich zwischen gegebenenfalls vorhandenen hoch gestellten Rändern einer Scheibe 18, 18'.In the interior of each
Zwischen einer oben angeordneten Scheibe 18' des einen Scheibenpaares 32 und einer dazu benachbarten Scheibe 18 eines anderen benachbarten Scheibenpaares 32 ist der zweite Fluidkanal 30 angeordnet. Durch diesen Fluidkanal 30 strömt beispielsweise Abgas oder Ladeluft als zweites Fluid. Der erste Fluidkanal 4 ist dabei zwischen den beiden Scheiben 18, 18' eines Scheibenpaares 32 angeordnet. Durch diesen Fluidkanal 4 strömt beispielsweise ein flüssiges Kühlmittel.The
Die Zufuhr des zweiten Fluids zu den zweiten Fluidkanälen 30, also beispielsweise von Abgas, erfolgt über den Eintritt 5 des Scheibenstapels 2, welcher durch ein offenes Ende der schmalen Seitenabschnitte 21 der Scheibenpaare 32 der Scheiben 18, 18' gebildet wird. Das zweite Fluid durchströmt den zweiten Fluidkanal 30 und verlässt den Scheibenstapel 2 der Scheibenpaare 32 mit den Scheiben 18, 18' über den Austritt 6, welcher gegenüberliegend zum Eintritt 5 ausgebildet ist.The supply of the second fluid to the second
Die Kühlmittelkanalanordnung 3 weist mehrere in Längsrichtung der Scheiben 18 parallel zueinander verlaufende kühlmittelführende Stege 7 auf, die einzelne Teilkanäle bilden, deren offene Enden nahe dem Eintritt 5 bzw. dem Austritt 6 des zweiten Fluids in eine Richtung senkrecht zum Eintritt 5 bzw. Austritt 6 verlaufend geführt sind. Diese Stege führen die zwischen sich angeordneten Teilkanäle zu dem Ein- bzw. Austritt des ersten Fluids, die als Öffnungen 9, 10 in den Seitenwänden bzw. Rändern 8 der Scheibe 18 vorgesehen sind.The
Jede Scheibe 18 weist in ihrer Längserstreckung beidseitig einen hoch gebogenen Rand 8 in Form eines Falzes auf, welcher sich senkrecht in Richtung der darüber liegenden, identisch ausgebildeten benachbarten Scheibe 18 erstreckt.Each
Die Scheibe 18' weist ebenso einen beiderseitig hoch gestellten jeweiligen Rand 40 auf, der nach Art eines Falzes hochgebogen ist, wobei dieser seitlich außen wieder nach unten gebogen ist. Dadurch ist der Rand 40 quasi doppellagig ausgebildet, wobei zwischen den beiden Lagen ein Abstand vorgesehen ist. Die Scheibe 18' liegt auf der Scheibe 18 und die Ränder 40 liegen zwischen den Rändern 8. Dabei berühren sich vorteilhaft die außen liegenden Wandungen der Ränder 40 bzw. 8.The disc 18 'also has a mutually elevated
Je nach erforderlicher Kühlleistung kann eine Mehrzahl solcher verbundener Scheibenpaare 32 mit den Scheiben 18, 18' als Scheibenstapel 2 übereinander gestapelt werden.Depending on the required cooling capacity, a plurality of such connected pairs of
In Längsrichtung der Scheibenpaare 32 ist im Endbereich der jeweils zusammengeführten Enden der Scheiben 18, 18' in dem Rand 8 der Scheibe 18 jeweils eine Öffnung 9 bzw. 10 eingearbeitet. Diese Öffnungen 9, 10 dienen dem Austritt bzw. Eintritt des ersten Fluids, wie des Kühlmittels. Die Öffnungen der jeweiligen Scheibenpaare sind im Scheibenstapel 2 übereinander liegend angeordnet. Die übereinander liegenden Öffnungen 9 bzw. 10 mehrerer Scheibenpaare 32 der Scheiben 18, 18' werden von jeweils einem Kühlmittelsammelkanal 11, 12 vollständig überdeckt und fluidverbunden. Dabei kann der jeweilige Kühlmittelsammelkanal 11, 12 eine nicht weiter dargestellte Ausnehmung aufweisen, welche die Öffnungen 9 bzw. 10 abdichtend überdeckt. Der Kühlmittelsammelkanal 11, 12 ist dabei vorteilhaft als Tiefziehteil oder Rohrsegment ausgeführt und wird über die Öffnungen 9 oder 10 der Scheiben 18 geschoben.In the longitudinal direction of the pairs of
An der Schmalseite 21 ist der Scheibenstapel 2 jeweils von einem Rahmen 13, 14 gefasst. An den Schmalseiten 21 des Scheibenstapels 2 sind die Scheiben 18 weiterhin so ausgeformt, dass ohne oder optional zusammen mit dem Rahmen 13, 14 eine kontinuierliche umlaufende Kontur entsteht, über die jeweils ein Diffusor, ein Flansch oder ein Adapter übergesteckt und leckagefrei verlötet werden kann.On the
Der Wärmeübertrager 1 schließt an der Oberseite mit einer randlosen oder berandeten Abdeckscheibe 19 ab. Diese Abdeckscheibe 19 kann auf dem Rand 8 oder zwischen den Rändern der obersten Scheibe 18 bzw. beider Scheiben 18, 18' auf-oder zwischenliegen. Mittels der Abdeckscheibe 19 wird der oberste Fluidkanal 30, insbesondere als Kühlmittelkanal, verschlossen, ohne dass zusätzliche Bauelemente notwendig werden.The heat exchanger 1 terminates at the top with a rimless or bordered
Bodenseitig dient eine ebenfalls randlose Grundscheibe zur Stabilisierung der letzten unteren Scheibe 18.Bottom side also serves a rimless base plate for stabilizing the last lower disc 18th
Der erste Fluidkanal 4 zwischen den beiden Scheiben 18, 18' ist etwa U-förmig ausgebildet. Dabei nimmt der Fluidkanal 4 einen ersten Teilbereich ein, der quasi eben ausgebildet ist und im Wesentlichen parallel zum Boden 60 der Scheibe 18 verläuft. Weiterhin nimmt der Fluidkanal 30 zwei seitliche Teilbereiche ein, die im Wesentlichen senkrecht zur Ebene des Bodens 60 der Scheibe 18 ausgerichtet sind. Die Teilbereiche sind dabei so gestaltet, dass der Fluidkanal 30 an den Rändern höher ausgerichtet ist als im mittleren Teilbereich der Basis 60 der Scheibe 18.The first
Wird auf dieses derart gestaltete Scheibenpaar 32 ein weiteres gleiches Scheibenpaar 32 aufgelegt, so verschließt die untere Scheibe 18 des oberen Scheibenpaares 32 den zweiten Fluidkanal 30 zwischen dem unteren und dem oberen Scheibenpaar 32, indem es sich auf die Ränder 8 der unteren Scheiben 18 und/oder der oberen Scheibe 18' des unteren Scheibenpaares 32 legt.If another
Die
In der Basis 60 sind als Kühlmittelführungsanordnung 3 Stege 7 eingeprägt, die der Bildung von Teilkanälen dienen und die einen Strömungspfad zwischen den Öffnungen 10 ausbilden. Dabei sind einzelne der Stege 7 oder die Stege 7 derart ausgeformt, dass sie einen rechteckigen Verlauf von der einen Öffnung 10 zu der anderen Öffnung 10 aufweisen. In einem ersten Abschnitt verlaufen sie senkrecht zur Hauptausrichtung 90 der Scheibe 18, in einem mittleren Abschnitt verlaufen sie parallel zur Hauptausrichtung 90 der Scheibe 18 und in einem weiteren Abschnitt verlaufen sie wiederum senkrecht zur Hauptausrichtung 90 der Scheibe 18.In the base 60 3
Zwischen den derart geformten Stegen 7 können auch zweite Stege 7' angeordnet sein, die nur eine Ausrichtung parallel zur Hauptausrichtung 90 aufweisen.Between the thus formed
Die
Die Basis 61 ist eben ausgebildet oder sie kann nach unten in den ersten Fluidkanal reichende Stege oder anderweitige Einprägungen aufweisen.The
Am vorderen und am hinteren Endbereich der Scheibe 18' sind sowohl die Basis als auch die Ränder derart geprägt, dass beim Auflegen der Scheibe 18' auf die Scheibe 18 ein abgedichteter Endbereich entsteht.At the front and at the rear end portion of the disc 18 ', both the base and the edges are embossed such that when the disc 18' is placed on the
Wird die Scheibe 18' auf die Scheibe 18 aufgelegt, so entsteht zwischen den beiden Scheiben 18, 18' der erste Fluidkanal 4. Die beiden Scheiben 18, 18' sind bis auf die Öffnungen 10 abgedichtet zueinander verbunden.If the disk 18 'is placed on the
Die
Die
Die Umbördelung wird an der Vorderkante von der Basis aus über die Ecken in die Seitenwand geführt. Bevorzugt wird die gesamte U-förmige Vorderkante vollständig umgebördelt. Aus Fertigungsgründen kann es jedoch geboten sein, die Umbördelung nicht über die gesamte seitliche Höhe der Seitenwand zu führen, wie es in
Dabei ist es vorteilhaft, wenn eine Umbördelung über den Bereich, der mit dem Rahmen oder Diffusor verlötet ist, mindestens über eine Wandstärke der Scheibe in die Höhe weitergeführt wird, um einerseits von der erhöhten Materialdicke zu profitieren und andererseits den Bereich mit Kerbe in einen unkritischeren Bereich der Seitenwand zu verlegen. Vorteilhaft ist ein Überlappungsbereich durch Umbördelung mit einer Höhe von mindestens etwa drei bis etwa fünf Scheibenwandstärken geboten.It is advantageous if a beading over the area which is soldered to the frame or diffuser is continued at least over a wall thickness of the disc in order to benefit on the one hand from the increased material thickness and on the other hand, the notch area in a non-critical To lay the area of the side wall. Advantageously, an overlap area is provided by flanging at a height of at least about three to about five disk wall thicknesses.
Die
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PUAI | Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase |
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