EP4374127A1 - Wärmeübertrager für eine verbrennungskraftmaschine - Google Patents

Wärmeübertrager für eine verbrennungskraftmaschine

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Publication number
EP4374127A1
EP4374127A1 EP22735167.3A EP22735167A EP4374127A1 EP 4374127 A1 EP4374127 A1 EP 4374127A1 EP 22735167 A EP22735167 A EP 22735167A EP 4374127 A1 EP4374127 A1 EP 4374127A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
fluid
fluid channel
support element
wall
heat exchanger
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.)
Pending
Application number
EP22735167.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Martin Grubbauer
Thomas Waldhaeusl
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.)
Bayerische Motoren Werke AG
Original Assignee
Bayerische Motoren Werke AG
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 Bayerische Motoren Werke AG filed Critical Bayerische Motoren Werke AG
Publication of EP4374127A1 publication Critical patent/EP4374127A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/13—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories
    • F02M26/22—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories with coolers in the recirculation passage
    • F02M26/29—Constructional details of the coolers, e.g. pipes, plates, ribs, insulation or materials
    • F02M26/32—Liquid-cooled heat exchangers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/02—Header boxes; End plates
    • F28F9/026—Header boxes; End plates with static flow control means, e.g. with means for uniformly distributing heat exchange media into conduits
    • F28F9/0282—Header boxes; End plates with static flow control means, e.g. with means for uniformly distributing heat exchange media into conduits by varying the geometry of conduit ends, e.g. by using inserts or attachments for modifying the pattern of flow at the conduit inlet or outlet
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • 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
    • F28D9/0062—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 spaced plates with inserted elements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D21/00—Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
    • F28D21/0001—Recuperative heat exchangers
    • F28D21/0003—Recuperative heat exchangers the heat being recuperated from exhaust gases
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    • F28D7/10—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged one within the other, e.g. concentrically
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    • F28F1/02—Tubular elements of cross-section which is non-circular
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    • F28D2021/0019—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for
    • F28D2021/008—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for for vehicles
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    • F28F2270/00—Thermal insulation; Thermal decoupling
    • F28F2270/02—Thermal insulation; Thermal decoupling by using blind conduits

Definitions

  • the invention relates to a heat exchanger for an internal combustion engine, according to the preamble of patent claim 1. Further aspects of the invention relate to a fluid channel device for such a heat exchanger and a method for producing such a fluid channel device.
  • Such heat exchangers are used to transfer heat between fluids.
  • the use of so-called oil/coolant heat exchangers is common for cooling the engine oil of an internal combustion engine. During a cold start of the internal combustion engine, these oil/coolant heat exchangers can also be used to heat the engine oil, thereby accelerating the so-called warm-up of the internal combustion engine.
  • Heat exchangers for internal combustion engines can also contribute directly to low-emission operation of the internal combustion engine.
  • cooled exhaust gas recirculation also abbreviated as EGR
  • EGR cooled exhaust gas recirculation
  • a partial amount of an exhaust gas emitted during operation of the internal combustion engine is taken from an exhaust tract of the internal combustion engine, cooled by means of a heat exchanger designed as an EGR cooler and then fed to an intake tract of the internal combustion engine .
  • This cooled subset of the exhaust gas then reaches the respective combustion chambers of the internal combustion engine and serves as so-called ballast gas during the combustion of an air-fuel mixture, as a result of which raw NOx emissions can be significantly reduced.
  • DE 102016210261 A1 discloses a heat exchanger for exchanging heat between a first fluid and a second fluid, it being possible for the first fluid to flow through the heat exchanger from a first end face to a second end face.
  • the heat exchanger has at least two separating plates, which separate flow areas within the heat exchanger from one another for the first fluid and the second fluid. At least two adjacent separating plates each have a connection area on at least one of the end faces of the heat exchanger, in which they are connected to one another via a connection.
  • the connection has at least one recess on the end face.
  • the object of the present invention is to create a heat exchanger that can be used flexibly and has a permanently high level of efficiency, a fluid channel device for such a heat exchanger, and a method of the type mentioned at the outset.
  • a first aspect of the invention relates to a heat exchanger for an internal combustion engine, for transferring heat between at least two fluids,
  • At least one housing which has at least one housing wall and a housing interior that is delimited at least in regions by the housing wall, which has a fluid inlet region for introducing a first fluid of the at least two fluids into the housing interior and a fluid outlet region for discharging the first fluid from the housing interior, and
  • At least one fluid channel device arranged in an interior partial area of the housing interior, which has a fluid channel device wall designed to delimit the first fluid from a second fluid, which at least partially delimits a plurality of fluid channels of the fluid channel device for guiding the first fluid between the fluid inlet area and the fluid outlet area, wherein at least one of the fluid channels in the direction of longitudinal extent of the fluid channel device has a wavy course at least in regions.
  • the fluid inlet area can be assigned both to the heat exchanger and to the fluid channel device.
  • An undesired mixing of the first fluid with the second fluid can be prevented by means of the fluid channel device wall.
  • the fluid channel device wall can be designed to keep the first fluid separate from the second fluid, in particular within the interior of the housing.
  • the first fluid can preferably be in the form of an exhaust gas.
  • the second fluid can preferably be in the form of cooling water.
  • the second fluid can be separated be guided by the first fluid.
  • the cooling water can preferably be a mixture of antifreeze and water, for example a water-glycol mixture.
  • the second fluid can therefore be guided in a sub-area of the housing interior that is different from the interior sub-area.
  • Heat can be transferred via the fluid channel device wall between the first fluid and the second fluid on the one hand in the form of heat conduction, for example through the fluid channel device wall, and on the other hand by forced convection on the fluid channel device wall surfaces of the fluid channel device wall that face the respective fluids and are opposite one another.
  • the heat exchanger can generally be configured particularly preferably as an exhaust gas heat exchanger, in particular as an EGR cooler, ie as an exhaust gas cooler which can be used for cooled exhaust gas recirculation.
  • the at least partially wavy course of the at least one fluid duct preferably all of the fluid ducts of the plurality of fluid ducts, allows exhaust gas to flow through the fluid ducts as the first fluid while the exhaust gas is cooled by the second fluid, with the wavy course resulting in a reduced tendency for the fluid ducts to become sooted.
  • the wavy course which preferably extends, for example, over more than 90% of the fluid channel length of the fluid channels, particularly preferably over the entire fluid channel length, causes particularly small proportions of particles and / or hydrocarbons contained in the exhaust gas to permanently form an undesirable Deposit insulation layer in the fluid channels and thereby significantly deteriorate the efficiency of the heat exchanger over time.
  • deposits of particles, in particular soot particles, and/or condensation of hydrocarbons in the fluid channels cannot be completely avoided, it has been shown that the contamination of the fluid channels is permanent due to the wavy contour, for example in comparison to tube bundle coolers with a circular tube cross-section of the exhaust gas-carrying pipes, can be kept at a low level.
  • the fluid channel device comprises at least one support element, which is arranged between a first fluid channel wall, which has the wave-shaped course at least in regions and delimits a first outer fluid channel of the plurality of fluid channels at least in regions, and the fluid channel device wall and has a support element against the first Having fluid channel wall supported, first support element area, which is at least partially shaped complementary to the wavy profile, wherein the at least one Supporting element is provided for sealing the first outer fluid channel against a passage of the first fluid.
  • the expression “complementary” means a uniform, preferably identical configuration.
  • the first support element area can thus be shaped in a wavy manner, at least in some areas, just like the first fluid channel wall.
  • the first support element area and the first fluid channel wall can bear against one another at least in places along a contact area that is wave-shaped at least in places.
  • the first support element area and the first fluid duct wall can rest against one another via the wavy contact area, forming a wavy form fit in some areas, which on the one hand minimizes an undesired fluid flow of the first fluid through the wavy contact area, i.e. between the first fluid duct wall and the first support element area, and on the other hand a simple position securing of the support element can be ensured in the direction of longitudinal extent, since the wavy course can prevent undesired slipping of the at least one support element in the direction of longitudinal extent.
  • the respective fluid channels of the plurality of fluid channels can preferably be arranged one above the other, in particular one above the other in the vertical extension direction of the fluid channel device and thus also of the heat exchanger.
  • several fluid channel devices of the heat transfer device can be arranged next to one another, in particular in the direction of transverse extension of the fluid channel device and thus also of the heat exchanger. This advantageously enables a simple construction of the heat exchanger.
  • outer fluid channel is to be understood as meaning one of the fluid channels of the fluid channel device, which is not arranged between two further fluid channels of the plurality of fluid channels of the fluid channel device, but only adjoins one fluid channel of this fluid channel device.
  • the plurality of fluid channels of the fluid channel device can comprise, for example, ten fluid channels, namely two outer fluid channels and eight inner fluid channels arranged between the outer fluid channels.
  • the expression inner fluid channels is to be understood as meaning those fluid channels which are arranged between the outer fluid channels.
  • the invention is based on the finding that fluid channels on the outside, such as the first outer fluid channel, can have a greater tendency to become soiled than inner fluid channels, which on the one hand is due to an uneven flow distribution in the area of the outer fluid channels and on the other hand to the shape of the outer fluid channels can be traced back.
  • inner fluid channels can be delimited, for example in the direction of vertical extension of the fluid channel device (or the heat exchanger) on opposite sides of the fluid channel by means of fluid channel walls which have the corrugated contour at least in some areas, so that the first fluid can be guided through the inner fluid channels on both sides along the corrugated contour
  • External fluid channels can have a different flow cross section, which can be less favorable than the internal fluid channels, for example with regard to a tendency to sooting.
  • outer fluid channels can only be guided along the corrugation on one side by means of the (first) fluid channel wall, whereas further channel walls of the first outer fluid channel can be formed by the fluid channel device wall without corrugation.
  • the inner fluid channels can be delimited at least on opposite channel sides by two fluid channel walls, which can each be corrugated at least in some areas, whereas the outer fluid channel or the outer fluid channels can only be defined on one side by a (single) fluid channel wall and otherwise by the wall of the fluid channel device without a wave shape, ie not provided with the wave-shaped contour, can be limited.
  • the invention starts here, since the outer fluid channel is effectively sealed by means of the support element and the support element is also secured in position in the direction of longitudinal extent due to the shape of the first support element region.
  • the heat exchanger which has at least one fluid channel device, can thus be used flexibly, because the heat exchanger can be used not only for cooling particle-free fluids, but above all also as an EGR cooler, in particular while maintaining a high degree of efficiency (heat exchanger efficiency) over the long term. i.e.
  • the support element for cooling exhaust gas containing particles and containing hydrocarbons as the first fluid, with the use of the support element at least largely preventing the first fluid (containing particles) from flowing through the outer fluid channel, which is susceptible to contamination, and thus effectively counteracting excessive contamination (sooting) of the heat exchanger can.
  • the wavy profile has at least two different curvatures, each with different directions of curvature.
  • the wavy profile can thus preferably be curved to the left in some areas and to the right in some areas. This results in a particularly reliable securing of the position of the support element against undesired slipping (displacement) in the direction of longitudinal extent.
  • the wavy course preferably have at least one extreme point.
  • the term extreme point is to be understood in the mathematical sense that the first derivation of a mathematical function describing the waveform has the value 0. In other words, the extreme point can be designed as a high point or as a low point in the sense of a curve discussion. If the course has at least one extreme point, a particularly advantageous position securing and sealing can be achieved by an effective form fit, since the first outer fluid channel can hereby be gripped at least in regions in a form fit manner.
  • the at least one support element has at least one second support element area connected to the first support element area, which at least essentially seals the first outer fluid channel against the passage of the first fluid through the first outer fluid channel on the fluid channel device wall is.
  • the second support element region thus contributes to securing the position of the support element on the one hand and to the effective sealing of the first outer fluid channel on the other.
  • the second support element area thus advantageously assumes a dual function.
  • the first support element area and the second support element area can preferably be formed in one piece.
  • the at least one support element can be designed as a sheet metal component, as a result of which the support element can be produced with little effort on the one hand and is particularly temperature-resistant on the other.
  • the support element is therefore particularly suitable for using the heat exchanger as an exhaust gas cooler, in particular an EGR cooler.
  • the at least one second support element area is in the form of a strap.
  • This is advantageous because a tab shape of the second support element area enables a particularly simple seal that can therefore be produced with little effort.
  • the expression strap-shaped means that the second support element area is flat and plate-shaped.
  • the support element and thus also the second support element area can be formed from sheet metal, for example, with the second support element area having a support element area surface that at least essentially closes and thereby seals a flow cross section of the first outer fluid channel.
  • the term essentially closing means that, due to the manufacturing process, there may not be a complete seal between the second support element area and the first outer fluid channel, but rather a (light) gap between the second support element area and the first outer fluid channel can, by which at intended use of the heat exchanger, the first fluid can pass through in small quantities.
  • the at least one first support element area and the at least one second support element area enclose an angle other than a right angle with one another.
  • This is advantageous because the angle that is different from the right angle enables elastic deformation of a connection area between the first support element area and the second support element area in a simple manner, so that in particular a resilient and thus reversible deformation of the support element can be made possible.
  • the second support element area can preferably be inclined counter to a flow direction of the first fluid when the heat exchanger is used as intended, whereby a fluid pressure of the first fluid can increase a sealing effect of the second support element area, in that the second support element area can be pressed against the fluid channel device wall by the fluid pressure.
  • the at least one support element comprises an additional support element area which is connected to the first support element area, the additional support element area and the second support element area being configured at least substantially the same.
  • the additional support element area and the second support element area can thus, for example, each be designed in the form of a strap.
  • the second support element area and the additional support element area can be arranged at least essentially parallel to one another.
  • substantially parallel means that the second support element area and the additional support element area are either arranged (precisely) parallel to one another and thus enclose an intermediate angle of 0° between one another or an intermediate angle of up to 20° between each other.
  • the second support element area and/or the additional support element area can preferably be designed as a partition plate.
  • the at least one first support element area has a curvature oriented in the direction of the at least one second support element area. This is advantageous because this can result in a particularly advantageous positional securing of the support element, since the first support element area can encompass the first fluid channel wall at least in areas at the curvature.
  • the first support element area is at least partially in positive contact with the first fluid duct wall and is pressed against the first fluid duct wall as a result of bracing of the support element between the fluid duct device wall and the first fluid duct wall.
  • the fluid channel device comprises at least one additional support element, which is arranged opposite the at least one support element in the vertical direction of extension of the fluid channel device and between a second fluid channel wall of a second outer fluid channel of the plurality of fluid channels opposite the first outer fluid channel in the vertical extension direction and the fluid channel device wall is arranged and is at least partially formed complementary to the wavy course.
  • the additional support element can provide improved support for the plurality of fluid channels on the fluid channel device wall and improved sealing. The plurality of fluid channels can thus be clamped between the support element and the additional support element, in particular in the vertical direction of extension of the fluid channel device, and thus positioned exactly.
  • the support element and the additional support element are connected to one another by means of a connecting element extending in the direction of vertical extension.
  • a connecting element extending in the direction of vertical extension.
  • the supporting element, the additional supporting element and the connecting element can preferably be connected to one another in one piece, that is to say designed in one piece, so that a complex subsequent connection can be omitted.
  • the support element, the additional support element and the connecting element can preferably be designed as a sheet metal component.
  • a second aspect of the invention relates to a fluid channel device for a heat exchanger according to the first aspect of the invention.
  • the fluid channel device has a fluid channel device wall designed to delimit the first fluid from the second fluid, which has a plurality of fluid channels of the fluid channel device for guiding the first fluid between a fluid inlet area of the heat exchanger and a fluid outlet region of the heat exchanger, at least in regions, wherein at least one of the fluid channels in the direction of longitudinal extension of the fluid channel device has a wave-shaped course at least in regions.
  • the fluid channel device comprises at least one support element, which is arranged between a first fluid channel wall, which has the wave-shaped course at least in regions and delimits a first outer fluid channel of the plurality of fluid channels at least in regions, and the fluid channel device wall and has a support element against the first Has fluid channel wall supported, first support element area, which is at least partially shaped complementary to the wavy course. Due to the fluid channel device, the heat exchanger can be used particularly flexibly.
  • a third aspect of the invention relates to a method for producing a fluid channel device according to the second aspect of the invention.
  • the procedure comprises at least the following steps:
  • fluid channel device wall is arranged and braced and via the first support element area, which at least in some areas is shaped complementary to the wavy profile, forming a form fit at least between the first support element area and the first fluid channel wall and sealing the first outer fluid channel against a passage of the first fluid against the first Fluid channel wall is pressed.
  • the fluid channel device produced by this method enables a particularly flexible use of the heat exchanger.
  • the fluid channel device wall can at least partially surround, in particular encase, the interior of the fluid channel device.
  • the interior can have an interior cross section oriented perpendicularly to the direction of longitudinal extension (that is to say lying in a plane oriented orthogonally to the direction of longitudinal extension), which can preferably be in the form of a slot.
  • Such an interior cross-section, in particular in the form of a slotted hole makes it easy to accommodate and Fitting of the plurality of fluid channels in the interior such that the fluid channels are at least partially surrounded by the fluid channel device wall.
  • FIG. 1 shows a schematic perspective view of a fluid channel device for a heat exchanger
  • Fig. 2 is a front view of the fluid channel device shown in Fig. 1;
  • Fig. 3 is a sectional view of the fluid channel device along a section line D-D shown in Fig. 2;
  • FIG. 4 shows a perspective view of two support elements of the fluid channel device, shown separately;
  • FIG. 5 shows a schematic perspective view of a variant of the fluid channel device for the heat exchanger
  • FIG. 6 shows a front view of the variant of the fluid channel device shown in FIG. 5
  • FIG. 7 shows a sectional illustration of the variant of the fluid channel device according to a section line CC shown in FIG. 6
  • FIG 8 shows a perspective view of two support elements of the variant of the fluid channel device, the support elements being connected to one another in one piece by means of a connecting element.
  • FIGS. 1 and 2 show a fluid channel device 40 for a heat exchanger 10, which is partially shown in FIG. 3, for example.
  • a further variant of the fluid channel device 40 is shown in FIGS.
  • the heat exchanger 10 can be used to cool various fluids 12, 14 of an internal combustion engine that is not shown in any more detail here.
  • the fluids 12, 14 are symbolized in the present case by respective arrows and can, for example, be guided through the heat exchanger 10 parallel to one another, opposite to one another or with the formation of a cross flow, to name just a few examples.
  • Two coordinate systems are shown as examples in FIGS. 1 and 5 which illustrate a longitudinal direction x, a transverse direction y and a vertical direction z of the fluid channel device 40 and of the entire heat exchanger 10 .
  • the heat exchanger 10 can generally be designed as a so-called EGR cooler and operated (used) as such.
  • a first fluid 12 of the fluids 12, 14 can be in the form of exhaust gas which is emitted by the internal combustion engine during operation of the latter.
  • the second fluid 14 of the two fluids 12, 14 can be designed as cooling water.
  • the heat exchanger 10 has a plurality of fluid channel devices 40 arranged in an interior partial area 25 (see Fig. 3 and Fig. 7) of a housing interior 24 of a housing 20 of the heat exchanger 10, which are arranged next to one another in the direction of transverse extent y of the heat exchanger 10 (and thus also of the fluid channel devices 40). are arranged and accommodated in the housing interior 24 .
  • the arrangement of the fluid channel devices 40 of the heat exchanger 10 next to one another in the direction of transverse extent y is not shown in any more detail here.
  • the housing interior 24 is surrounded by a housing wall 22 of the housing 20 .
  • the housing 20 is shown only partially in FIGS. 3 and 7 .
  • the first fluid 12 can enter the respective fluid channel devices 40 through a fluid inlet area 26 that can be seen in Fig. 3 and Fig. 7 and can exit at a fluid outlet area 28 opposite the fluid inlet area 26 in the longitudinal direction x of the heat exchanger 10 (and thus also of the fluid channel devices 40).
  • heat exchanger 10 When the heat exchanger 10 is used as intended, heat is transferred between the first fluid 12 and the second fluid 14 between the fluid inlet area 26 and the fluid outlet area 28.
  • the second fluid 14 (here: cooling water) can flow around the respective fluid channel devices 40 within the housing 20 and thereby Heat is exchanged with the first fluid 12 (here: exhaust gas) via respective fluid channel device walls 42 that in each case regionally delimit the fluid channel devices 40 .
  • the fluid conduit device walls 42 may also be referred to as fluid conduit device walls.
  • the fluid channel device walls 42 can preferably be made of sheet metal and surround an interior space 44 through which the first fluid 12 can flow, which interior space can have a slot-shaped interior cross section, which can be seen particularly clearly in FIGS. 2 and 6 .
  • the respective fluid channel device walls 42 each define a plurality of fluid channels 50, 52, 54, 56, 58, 60, 62, 64, 66, 68 of the fluid channel device 40, these fluid channels 50, 52, 54, 56, 58, 60, 62, 64, 66, 68 serve to guide the first fluid 12 between the fluid inlet area 26 and the fluid outlet area 28.
  • the fluid channels 50, 52, 54, 56, 58, 60, 62, 64, 66, 68 are in
  • the direction of longitudinal extent x of the fluid channel device 40 is provided with a wavy profile 110 .
  • Wave-shaped course 110 results in the present case from respective fluid channel walls 51, 53, 55, which delimit the fluid channels 50, 52, 54, 56, 58, 60, 62, 64, 66, 68 in the direction of vertical extension z and also have the wave-shaped course 110 at least in regions , 57, 59, 61, 63, 65, 67.
  • the fluid channel walls 51, 53, 55, 57, 59, 61, 63, 65, 67 have the wavy profile 110 over their respective total length (in the direction of longitudinal extent x).
  • Each of the fluid channel devices 40 comprises a support element 80, which has the wavy profile 110 having, first fluid channel wall 51 of the fluid channel walls 51, 53, 55, 57, 59, 61, 63, 65, 67, the a first outer fluid channel 50 of the plurality of Fluid channels 50, 52, 54, 56, 58, 60, 62, 64, 66, 68 limited in areas, and the fluid channel device wall 42 is arranged and supported against the first fluid channel wall 51, first supporting element area 82.
  • the respective support element area 82 is shaped complementary to the wavy course 110 at least in some areas and the respective support elements 80 are provided for sealing the respective first outer fluid channel 50 against the passage of the first fluid 12 .
  • each support element 80 has a second support element area 86 integrally connected to the first support element area 82 .
  • the second support element region 86 embodied in the manner of a lug is at least essentially in contact with the fluid channel device wall 42 in a sealing manner against the first outer fluid channel 50 preventing the first fluid 12 from passing through the first outer fluid channel 50 .
  • the respective first support element area 82 and the respective second support element area 86 enclose an angle a with one another that differs from a right angle.
  • the first support element region 86 is in positive contact with the first fluid duct wall 51 and is pressed against the first fluid duct wall 51 as a result of bracing of the support element 80 between the fluid duct device wall 42 and the first fluid duct wall 51 .
  • the support elements 80 can include an additional support element area 88 which is in particular connected in one piece to the first support element area 82 .
  • the additional support element area 88 and the second support element area 86 are configured uniformly and are oriented parallel to one another.
  • first support element area 82 can have a curvature 81 oriented in the direction of the second support element area 86 and thus also in the direction of the additional support element area 88 .
  • each fluid channel device 40 can comprise at least one additional support element 90, which is arranged opposite the respective support element 80 in the vertical direction z of the fluid channel device 40 and between a second fluid channel wall 67 of the fluid channel walls 51, 53, 55, 57, 59, 61, 63, 65, 67 of a second outer fluid channel 68 of the plurality of fluid channels 50, 52, 54 opposite the first outer fluid channel 50 in the direction of vertical extension z, 56, 58, 60, 62, 64, 66, 68 and the Fluid channel device wall 42 is arranged and is formed at least in regions complementary to the wavy profile 110.
  • the additional support element 90 is also designed for sealing.
  • the additional support element 90 serves to seal the second outer fluid channel 68 against the passage of the first fluid 12.
  • the supporting element 80 and the additional supporting element 90 can be connected to one another by means of a connecting element 100 extending in the vertical direction z.
  • the wavy profile 110 on the first support element area 82 is shaped in such a way that the latter has a bulge 81 .
  • This bulge 81 can have at least one extreme point.
  • the properties described in relation to the support element 80 also apply directly to the additional support element 90 , which has a corresponding curvature 91 , a corresponding first support element area 92 , a second support element area 96 and an additional support element area 98 .
  • the second support element area 86 and the additional support element area 88 are each connected to the first support element area 82 at a flexibly deformable connection area 84
  • the second support element area 96 and the additional support element area 98 are each connected to one flexibly deformable connection area 94 connected to the first support element area 92 .
  • the fluid channel devices 40 allow the respective support elements 80, 90 to close the fluid channels 50, 68, which means that when the heat exchanger 10 is used as an EGR cooler, sooting of the fluid channels 50, 68 during operation of the internal combustion engine and the resulting flow through the heat exchanger 10 the first fluid 12 can be at least largely prevented.
  • the support elements 80, 90 can be held in the respective fluid channel 50, 68 in a form-fitting manner on the fluid channel walls 51, 67 due to their special shape (wave-shaped profile 110).
  • 63, 65, 67 can generally also be referred to as heat exchanger fins.
  • the support members 80, 90 together with the fluid channels 50, 52, 54, 56, 58, 60, 62, 64, 66, 68 in the of the interior space 44 surrounded by the respective fluid channel device wall 42 and supported on the fluid channel device wall 42 .
  • the closure components 80, 90 (support elements 80, 90) are also introduced together with the cooler fins (fluid channel walls 51, 53, 55, 57, 59, 61, 63, 65, 67) into the fluid channel device wall 42, which is also referred to as a heat exchanger tube or cooler tube , so that no additional insertion of the closure components 80, 90 is required in a separate process.
  • the cooler fins 51, 53, 55, 57, 59, 61, 63, 65, 67 are positioned by the positive positioning of the closure components 80, 90 in the cooler pipe (fluid channel device wall 42).
  • connection area 86 second support member area

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager (10) für eine Verbrennungskraftmaschine, zum Übertragen von Wärme zwischen zumindest zwei Fluiden (12, 14). Der Wärmeübertrager umfasst wenigstens ein Gehäuse (20), welches zumindest eine Gehäusewandung (22) und einen zumindest bereichsweise mittels der Gehäusewandung begrenzten Gehäuseinnenraum (24) aufweist, sowie einen Fluideintrittsbereich (26) zum Einleiten eines ersten Fluides (12) der zumindest zwei Fluide in den Gehäuseinnenraum und einen Fluidaustrittsbereich (28) zum Ausleiten des ersten Fluides aus dem Gehäuseinnenraum. Zudem umfasst der Wärmeübertrager wenigstens eine, in einem Innenraumteilbereich (25) des Gehäuseinnenraums angeordnete Fluidkanalvorrichtung (40), welche eine zur Abgrenzung des ersten Fluids von einem zweiten Fluid (14) ausgebildete Fluidkanalvorrichtungswandung (42) aufweist. Die Fluidkanalvorrichtungswandung begrenzt eine Mehrzahl an Fluidkanälen (50, 52, 54, 56, 58, 60, 62, 64, 66, 68) zum Führen des ersten Fluids zwischen dem Fluideintrittsbereich und dem Fluidaustrittsbereich zumindest bereichsweise, wobei zumindest einer der Fluidkanäle in Längserstreckungsrichtung (x) der Fluidkanalvorrichtung wenigstens bereichsweise einen wellenförmigen Verlauf (110) aufweist. Die Fluidkanalvorrichtung umfasst wenigstens ein Stützelement (80), welches zwischen einer den wellenförmigen Verlauf zumindest bereichsweise aufweisenden, ersten Fluidkanalwand (51), die einen ersten äußeren Fluidkanal (50) der Mehrzahl an Fluidkanälen zumindest bereichsweise begrenzt, und der Fluidkanalvorrichtungswandung angeordnet ist und einen gegen die erste Fluidkanalwand abgestützten, ersten Stützelementbereich (82) aufweist. Der erste Stützelementbereich ist zumindest bereichsweise komplementär zu dem wellenförmigen Verlauf geformt und das wenigstens eine Stützelement ist zur Abdichtung des ersten äußeren Fluidkanals gegenüber einem Durchtritt des ersten Fluids vorgesehen.

Description

Wärmeübertrager für eine Verbrennungskraftmaschine
Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager für eine Verbrennungskraftmaschine, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Weitere Aspekte der Erfindung betreffen eine Fluidkanalvorrichtung für einen derartigen Wärmeübertrager sowie ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Fluidkanalvorrichtung.
Derartige Wärmeübertrager, auch Wärmetauscher genannt, dienen zur Übertragung von Wärme zwischen Fluiden. Zur Kühlung von Motoröl einer Verbrennungskraftmaschine ist beispielsweise der Einsatz sogenannter Öl-Kühlmittel-Wärmeübertrager üblich. Beim Kaltstart der Verbrennungskraftmaschine können diese Öl-Kühlmittel-Wärmeübertrager auch zum Erwärmen des Motoröls herangezogen und dadurch der sogenannte Warmlauf der Verbrennungskraftmaschine beschleunigt werden. Wärmeübertrager für Verbrennungskraftmaschinen können auch unmittelbarzu einem rohemissionsarmen Betrieb der Verbrennungskraftmaschine beitragen. Ein Beispiel hierfür stellt die gekühlte Abgasrückführung, auch als AGR abgekürzt, dar, bei welcher eine Teilmenge eines beim Betrieb der Verbrennungskraftmaschine emittierten Abgases aus einem Abgastrakt der Verbrennungskraftmaschine entnommen, mittels eines als AGR-Kühler ausgebildeten Wärmeübertragers gekühlt und anschließend einem Ansaugtrakt der Verbrennungskraftmaschine zugeführt wird. Diese gekühlte Teilmenge des Abgases gelangt anschließend in jeweilige Brennräume der Verbrennungskraftmaschine und dient als sogenanntes Ballastgas bei der Verbrennung eines Luft-Kraftstoff-Gemisches, wodurch NOx-Rohemissionen signifikant reduziert werden können.
Aus der DE 102016210261 A1 ist ein Wärmetauscher zum Austausch von Wärme zwischen einem ersten Fluid und einem zweiten Fluid bekannt, wobei der Wärmetauscher für das erste Fluid von einer ersten Stirnseite zu einer zweiten Stirnseite durchströmbar ist. Der Wärmetauscher weist mindestens zwei Trennbleche auf, die für das erste Fluid und das zweite Fluid voneinander getrennte Strömungsbereiche innerhalb des Wärmetauschers voneinander abgrenzen. Mindestens zwei benachbarte Trennbleche haben an zumindest einer der Stirnseiten des Wärmetauschers jeweils einen Verbindungsbereich, in welchem diese über eine Verbindung miteinander verbunden sind. Die Verbindung weist stirnseitig mindestens eine Ausnehmung auf. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen flexibel einsetzbaren Wärmeübertrager, welcher einen dauerhaft hohen Wirkungsgrad aufweist, eine Fluidkanalvorrichtung für einen solchen Wärmeübertrager, sowie ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch einen Wärmeübertrager mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, durch eine Fluidkanalvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 11 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager für eine Verbrennungskraftmaschine, zum Übertragen von Wärme zwischen zumindest zwei Fluiden,
- mit wenigstens einem Gehäuse, welches zumindest eine Gehäusewandung und einen zumindest bereichsweise mittels der Gehäusewandung begrenzten Gehäuseinnenraum aufweist, welcher einen Fluideintrittsbereich zum Einleiten eines ersten Fluides der zumindest zwei Fluide in den Gehäuseinnenraum und einen Fluidaustrittsbereich zum Ausleiten des ersten Fluides aus dem Gehäuseinnenraum aufweist, und
- mit wenigstens einer, in einem Innenraumteilbereich des Gehäuseinnenraums angeordneten Fluidkanalvorrichtung, welche eine zur Abgrenzung des ersten Fluids von einem zweiten Fluid ausgebildete Fluidkanalvorrichtungswandung aufweist, die eine Mehrzahl an Fluidkanälen der Fluidkanalvorrichtung zum Führen des ersten Fluids zwischen dem Fluideintrittsbereich und dem Fluidaustrittsbereich zumindest bereichsweise begrenzt, wobei zumindest einer der Fluidkanäle in Längserstreckungsrichtung der Fluidkanalvorrichtung wenigstens bereichsweise einen wellenförmigen Verlauf aufweist.
Der Fluideintrittsbereich kann dabei ebenso wie der Fluidaustrittsbereich sowohl dem Wärmeübertrager als auch der Fluidkanalvorrichtung zugeordnet sein. Anhand der Fluidkanalvorrichtungswandung kann eine unerwünschte Mischung des ersten Fluids mit dem zweiten Fluid verhindert werden. Mit anderen Worten kann also die Fluidkanalvorrichtungswandung dazu ausgebildet sein, das erste Fluid von dem zweiten Fluid, insbesondere innerhalb des Gehäuseinnenraums, getrennt zu halten.
Das erste Fluid kann vorzugsweise als Abgas ausgebildet sein. Das zweite Fluid kann vorzugsweise als Kühlwasser ausgebildet sein. Zwischen der
Fluidkanalvorrichtungswandung und der Gehäusewandung kann das zweite Fluid getrennt von dem ersten Fluid geführt werden. Bei dem Kühlwasser kann es sich vorzugsweise um ein Gemisch aus Frostschutzmittel und Wasser, also beispielsweise eine Wasser-Glykol- Mischung handeln. Das zweite Fluid kann also in einem, von dem Innenraumteilbereich verschiedenen Teilbereich des Gehäuseinnenraums geführt werden. Über die Fluidkanalvorrichtungswandung kann eine Wärmeübertragung zwischen dem ersten Fluid und dem zweiten Fluid einerseits in Form von Wärmeleitung beispielsweise durch die Fluidkanalvorrichtungswandung sowie andererseits durch erzwungene Konvektion an den jeweiligen Fluiden zugewandten und einander gegenüberliegenden Fluidkanalvorrichtungswandung-Oberflächen der Fluidkanalvorrichtungswandung erfolgen.
Der Wärmeübertrager kann allgemein besonders bevorzugt als Abgaswärmeübertrager, insbesondere als AGR-Kühler, also als Abgaskühler, welcher zur gekühlten Abgasrückführung verwendet werden kann, ausgebildet sein. Durch den zumindest bereichsweise wellenförmigen Verlauf des zumindest einen Fluidkanals, vorzugsweise sämtlicher Fluidkanäle der Mehrzahl an Fluidkanälen, ist eine Durchströmung der Fluidkanäle mit Abgas als dem ersten Fluid unter Kühlung des Abgases durch das zweite Fluid möglich, wobei derweilenförmige Verlauf eine verringerte Versottungsneigung der Fluidkanäle bewirkt. Mit anderen Worten bewirkt der wellenförmige Verlauf, der sich vorzugsweise beispielsweise über mehr als 90% der Fluidkanallänge der Fluidkanäle, besonders bevorzugt über die gesamte Fluidkanallänge, erstreckt, dass sich besonders geringe Anteile von im Abgas enthaltenen Partikeln und/oder Kohlenwasserstoffen dauerhaft unter Ausbildung einer unerwünschten Isolationsschicht in den Fluidkanälen ablagern und dadurch den Wirkungsgrad des Wärmeübertragers mit der Zeit erheblich verschlechtern. Zwar können Ablagerungen von Partikeln, insbesondere Rußpartikeln, und/oder eine Kondensation von Kohlenwasserstoffen in den Fluidkanälen nicht vollständig vermieden werden, jedoch hat sich gezeigt, dass die Verschmutzung der Fluidkanäle aufgrund der wellenförmigen Kontur dauerhaft, beispielsweise im Vergleich zu Rohrbündelkühlern mit kreisrundem Rohrquerschnitt der abgasführenden Rohre, auf einem geringen Niveau gehalten werden kann.
Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass die Fluidkanalvorrichtung wenigstens ein Stützelement umfasst, welches zwischen einer den wellenförmigen Verlauf zumindest bereichsweise aufweisenden, ersten Fluidkanalwand, die einen ersten äußeren Fluidkanal der Mehrzahl an Fluidkanälen zumindest bereichsweise begrenzt, und der Fluidkanalvorrichtungswandung angeordnet ist und einen gegen die erste Fluidkanalwand abgestützten, ersten Stützelementbereich aufweist, welcher zumindest bereichsweise komplementär zu dem wellenförmigen Verlauf geformt ist, wobei das wenigstens eine Stützelement zur Abdichtung des ersten äußeren Fluidkanals gegenüber einem Durchtritt des ersten Fluids vorgesehen ist. Unter dem Ausdruck komplementär ist im Rahmen der Erfindung eine gleichförmige, vorzugsweise identische, Ausgestaltung zu verstehen. Der erste Stützelementbereich kann damit ebenso wie die erste Fluidkanalwand wenigstens bereichsweise wellenförmig geformt sein. Dadurch können der erste Stützelementbereich und die erste Fluidkanalwand entlang eines zumindest bereichsweise wellenförmigen Kontaktbereichs zumindest bereichsweise aneinander anliegen. Über den wellenförmigen Kontaktbereich können der erste Stützelementbereich und die erste Fluidkanalwand unter Ausbildung eines bereichsweise wellenförmigen Formschlusses aneinander anliegen, wodurch einerseits eine unerwünschte Fluidströmung des ersten Fluids durch den wellenförmigen Kontaktbereich, also zwischen der ersten Fluidkanalwand und dem ersten Stützelementbereich, minimiert und andererseits eine einfache Lagesicherung des Stützelements in Längserstreckungsrichtung sichergestellt werden kann, da der wellenförmige Verlauf ein unerwünschtes Verrutschen des wenigstens einen Stützelements in Längserstreckungsrichtung verhindern kann.
Die jeweilen Fluidkanäle der Mehrzahl an Fluidkanälen können vorzugsweise übereinander, insbesondere in Hocherstreckungsrichtung der Fluidkanalvorrichtung und damit auch des Wärmeübertragers übereinander, angeordnet sein. Zudem können mehrere Fluidkanalvorrichtungen des Wärmeübertrages nebeneinander, insbesondere in Quererstreckungsrichtung der Fluidkanalvorrichtung und damit auch des Wärmeübertragers nebeneinander, angeordnet sein. Dies ermöglicht in vorteilhafter weise einen einfachen Aufbau des Wärmeübertragers.
Unter dem Begriff äußerer Fluidkanal ist einer der Fluidkanäle der Fluidkanalvorrichtung zu verstehen, welcher nicht zwischen zwei weiteren Fluidkanälen der Mehrzahl an Fluidkanälen der Fluidkanalvorrichtung angeordnet ist, sondern nur an einen Fluidkanal dieser Fluidkanalvorrichtung angrenzt. Die Mehrzahl an Fluidkanälen der Fluidkanalvorrichtung kann beispielsweise zehn Fluidkanäle umfassen, nämlich zwei äußere Fluidkanäle und acht zwischen den äußeren Fluidkanälen angeordnete, innere Fluidkanäle. Unter dem Ausdruck innere Fluidkanäle sind dementsprechend diejenigen Fluidkanäle zu verstehen, welche zwischen den äußeren Fluidkanälen angeordnet sind.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass außen liegende Fluidkanäle, wie der erste äußere Fluidkanal, eine erhöhte Verschmutzungsneigung aufweisen können, als innere Fluidkanäle, was einerseits auf eine ungleichmäßige Strömungsverteilung im Bereich der äußeren Fluidkanäle und andererseits auf die Formgebung der äußeren Fluidkanäle zurückgeführt werden kann. Während die inneren Fluidkanäle beispielsweise in Hocherstreckungsrichtung der Fluidkanalvorrichtung (bzw. des Wärmeübertragers) an einander gegenüberliegenden Fluidkanalseiten mittels Fluidkanalwänden, welche die wellenförmige Kontur zumindest bereichsweise aufweisen, begrenzt sein können, sodass das erste Fluid beiderseits entlang der Wellenkontur durch die inneren Fluidkanäle geführt werden kann, können außen liegende Fluidkanäle einen anderen Strömungsquerschnitt aufweisen, welcher beispielsweise hinsichtlich einer Versottungsneigung ungünstiger als die inneren Fluidkanäle sein kann. So können äußerer Fluidkanäle beispielsweise nur einseitig mittels der (ersten) Fluidkanalwand entlang der Wellenform geführt sein, wohingegen weitere Kanalwände des ersten äußeren Fluidkanals durch die wellenformfreie Fluidkanalvorrichtungswandung gebildet sein können. Mit anderen Worten können also die inneren Fluidkanäle wenigstens an einander gegenüberliegenden Kanalseiten durch zwei Fluidkanalwände begrenzt sein, welche jeweils zumindest bereichsweise wellenförmig ausgebildet sein können, wohingegen der äußere Fluidkanal, bzw. die äußeren Fluidkanäle nur einseitig durch eine (einzige) Fluidkanalwand und im Übrigen durch die wellenformfreie, also nicht mit der wellenförmigen Kontur versehene, Fluidkanalvorrichtungswandung begrenzt sein können.
Die Erfindung setzt hier an, da der äußere Fluidkanal anhand des Stützelements wirksam abgedichtet und das Stützelement aufgrund der Formgebung des ersten Stützelementbereichs zudem in Längserstreckungsrichtung lagegesichert ist. Damit ist der Wärmeübertrager, der die wenigstens eine Fluidkanalvorrichtung aufweist, flexibel einsetzbar, denn der Wärmeübertrager kann insbesondere unter dauerhafter Aufrechterhaltung eines hohen Wirkungsgrades (Wärmeübertrager-Wirkungsgrad) nicht nur zur Kühlung von partikelfreien Fluiden genutzt werden, sondern vor allem auch als AGR- Kühler, also zur Kühlung von partikelhaltigem und kohlenwasserstoffhaltigem Abgas als dem ersten Fluid, wobei durch den Einsatz des Stützelements die Durchströmung des verschmutzungsanfälligen, äußeren Fluidkanals mit dem (partikelhaltigen) ersten Fluid zumindest weitgehend unterbunden und damit einer zu starken Verschmutzung (Versottung) des Wärmeübertragers effektiv entgegengewirkt werden kann.
Besonders bevorzugt weist der wellenförmige Verlauf wenigstens zwei voneinander verschiedene Krümmungen mit jeweils unterschiedlichen Krümmungsrichtungen auf. Der wellenförmige Verlauf kann somit vorzugsweise bereichsweise linksgekrümmt und bereichsweise rechtsgekrümmt sein. Dadurch ist eine besonders zuverlässige Lagesicherung des Stützelements gegenüber einem unerwünschten Verrutschen (Versatz) in der Längserstreckungsrichtung gegeben. Zusätzlich oder alternativ kann der wellenförmige Verlauf bevorzugt wenigstens eine Extremstelle aufweisen. Unter dem Ausdruck Extremstelle ist dabei im mathematischen Sinne zu verstehen, dass die erste Ableitung einer den wellenförmigen Verlauf beschreibenden, mathematischen Funktion den Wert 0 aufweist. Mit anderen Worten kann die Extremstelle als Hochpunkt oder als Tiefpunkt im Sinne einer Kurvendiskussion ausgebildet sein. Weist derweilenförmige Verlauf wenigstens eine Extremstelle auf, so kann eine besonders vorteilhafte Lagesicherung und Abdichtung durch wirksamen Formschluss erzielt werden, da hierdurch der erste äußere Fluidkanal zumindest bereichsweise formschlüssig umgriffen werden kann.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist das wenigstens eine Stützelement wenigstens einen, mit dem ersten Stützelementbereich verbundenen, zweiten Stützelementbereich auf, welcher zumindest im Wesentlichen, den ersten äußeren Fluidkanal gegenüber einem Durchtreten des ersten Fluids durch den ersten äußeren Fluidkanal abdichtend an der Fluidkanalvorrichtungswandung in Anlage ist. Dies ist von Vorteil, da der zweite Stützelementbereich damit einerseits zur Lagesicherung des Stützelements und andererseits zur wirksamen Abdichtung des ersten äußeren Fluidkanals beiträgt. Damit übernimmt der zweite Stützelementbereich in vorteilhafter Weise eine Doppelfunktion. Der erste Stützelementbereich und der zweite Stützelementbereich können vorzugsweise einteilig ausgebildet sein. Insbesondere kann das wenigstens eine Stützelement als Blechbauteil ausgebildet sein, wodurch das Stützelement einerseits aufwandsarm herstellbar und andererseits besonders temperaturbeständig ist. Damit eignet sich das Stützelement in besonderem Maße für den Einsatz des Wärmeübertragers als Abgaskühler, insbesondere AGR-Kühler.
In einerweiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der wenigstens eine zweite Stützelementbereich laschenförmig ausgebildet. Dies ist von Vorteil, da eine Laschenform des zweiten Stützelementbereichs eine besonders einfache und damit aufwandsarm herstellbare Abdichtung ermöglicht. Unter dem Ausdruck laschenförmig ist zu verstehen, dass der zweite Stützelementbereich flächig ausgebildet und plattenförmig ist. Das Stützelement und damit auch der zweite Stützelementbereich kann dabei beispielsweise aus Blech gebildet sein, wobei der zweite Stützelementbereich eine einen Strömungsquerschnitt des ersten äußeren Fluidkanals zumindest im Wesentlichen verschließende und dadurch abdichtende Stützelementbereichsfläche aufweist. Unter dem Ausdruck im Wesentlichen verschließend ist dabei zu verstehen, dass es fertigungsbedingt dazu kommen kann, dass keine vollständige Abdichtung zwischen dem zweiten Stützelementbereich und dem ersten äußeren Fluidkanal vorliegt, sondern ein (Licht-)Spalt zwischen dem zweiten Stützelementbereich und dem ersten äußeren Fluidkanal liegen kann, durch welchen beim bestimmungsgemäßen Gebrauch des Wärmeübertragers das erste Fluid in geringen Mengen durchtreten kann.
In einerweiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung schließen der wenigstens eine erste Stützelementbereich und der wenigstens eine zweite Stützelementbereich einen von einem rechten Winkel verschiedenen Winkel miteinander ein. Dies ist von Vorteil, da der von dem rechten Winkel verschiedene Winkel auf einfache Art und Weise eine elastische Verformung eines Verbindungsbereichs zwischen dem ersten Stützelementbereich und dem zweiten Stützelementbereich ermöglicht, sodass insbesondere eine federnde und damit reversible Verformung des Stützelements ermöglicht werden kann. Bevorzugt kann der zweite Stützelementbereich einer beim bestimmungsgemäßen Gebrauch des Wärmeübertragers vorliegenden Strömungsrichtung des ersten Fluids entgegengeneigt sein, wodurch ein Fluiddruck des ersten Fluids eine Dichtwirkung des zweiten Stützelementbereichs verstärken kann, indem der zweite Stützelementbereich durch den Fluiddruck gegen die Fluidkanalvorrichtungswandung gedrückt werden kann.
In einerweiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst das wenigstens eine Stützelement einen Zusatz-Stützelementbereich, welcher mit dem ersten Stützelementbereich verbunden ist, wobei der Zusatz-Stützelementbereich und der zweite Stützelementbereich zumindest im Wesentlichen gleichförmig ausgestaltet sind. Der Zusatz- Stützelementbereich und der zweite Stützelementbereich können somit beispielsweise jeweils laschenförmig ausgebildet sein. Zusätzlich oder alternativ können der zweite Stützelementbereich und der Zusatz-Stützelementbereich zumindest im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sein. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist unter dem Ausdruck „im Wesentlichen parallel“ zu verstehen, dass der zweite Stützelementbereich und der Zusatz-Stützelementbereich entweder (genau) parallel zueinander angeordnet sind und damit einen Zwischenwinkel von 0° zwischen einander einschließen oder einen Zwischenwinkel von bis zu 20° zwischen einander einschließen. Der zweite Stützelementbereich und/oder der Zusatz-Stützelementbereich kann vorzugsweise als Schottblech ausgebildet sein.
In einerweiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist der wenigstens eine erste Stützelementbereich eine in Richtung des wenigstens einen zweiten Stützelementbereichs orientierte Wölbung auf. Dies ist von Vorteil, da hierdurch eine besonders vorteilhafte Lagesicherung des Stützelements erfolgen kann, da der erste Stützelementbereich an der Wölbung die erste Fluidkanalwand zumindest bereichsweise umgreifen kann. In einerweiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung liegt der erste Stützelementbereich zumindest bereichsweise formschlüssig an der ersten Fluidkanalwand an und ist infolge einer Verspannung des Stützelements zwischen der Fluidkanalvorrichtungswandung und der ersten Fluidkanalwand an die erste Fluidkanalwand gedrückt. Dadurch kann einerseits eine besonders zuverlässige Abdichtung des ersten äußeren Fluidkanals erzielt und andererseits eine aufwandsarme Lagesicherung des Stützelements sichergestellt werden, sodass insbesondere ein unerwünschter Versatz des Stützelements in Längserstreckungsrichtung verhindert werden kann.
In einerweiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst die Fluidkanalvorrichtung wenigstens ein Zusatz-Stützelement, welches in Hocherstreckungsrichtung der Fluidkanalvorrichtung dem wenigstens einen Stützelement gegenüberliegend angeordnet und zwischen einer zweiten Fluidkanalwand eines dem ersten äußeren Fluidkanal in Hocherstreckungsrichtung gegenüberliegenden, zweiten äußeren Fluidkanals der Mehrzahl an Fluidkanälen und der Fluidkanalvorrichtungswandung angeordnet ist und zumindest bereichsweise komplementär zu dem wellenförmigen Verlauf geformt ist. Dies ist von Vorteil, da durch das Zusatz-Stützelement eine verbesserte Abstützung der Mehrzahl an Fluidkanälen an der Fluidkanalvorrichtungswandung sowie eine verbesserte Abdichtung erfolgen kann. Die Mehrzahl an Fluidkanälen kann somit, insbesondere in Hocherstreckungsrichtung der Fluidkanalvorrichtung, zwischen dem Stützelement und dem Zusatz-Stützelement verspannt und dadurch exakt positioniert sein.
In einerweiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind das Stützelement und das Zusatz-Stützelement mittels eines sich in Hocherstreckungsrichtung erstreckenden Verbindungselements miteinander verbunden. Dies ist von Vorteil, da durch das Verbindungselement eine verbesserte Lagesicherung des Stützelements und des Zusatz- Stützelements erzielt werden kann. Das Stützelement, das Zusatz-Stützelement und das Verbindungselement können bevorzugt einteilig miteinander verbunden sein, also einteilig ausgebildet sein, sodass eine aufwändige nachträgliche Verbindung entfallen kann. Vorzugsweise können das Stützelement, das Zusatz-Stützelement und das Verbindungselement als Blechbauteil ausgebildet sein.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft eine Fluidkanalvorrichtung für einen Wärmeübertrager gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung. Die Fluidkanalvorrichtung weist eine zur Abgrenzung des ersten Fluids von dem zweiten Fluid ausgebildete Fluidkanalvorrichtungswandung auf, die eine Mehrzahl an Fluidkanälen der Fluidkanalvorrichtung zum Führen des ersten Fluids zwischen einem Fluideintrittsbereich des Wärmeübertragers und einem Fluidaustrittsbereich des Wärmeübertragers zumindest bereichsweise begrenzt, wobei zumindest einer der Fluidkanäle in Längserstreckungsrichtung der Fluidkanalvorrichtung wenigstens bereichsweise einen wellenförmigen Verlauf aufweist. Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass die Fluidkanalvorrichtung wenigstens ein Stützelement umfasst, welches zwischen einer den wellenförmigen Verlauf zumindest bereichsweise aufweisenden, ersten Fluidkanalwand, die einen ersten äußeren Fluidkanal der Mehrzahl an Fluidkanälen zumindest bereichsweise begrenzt, und der Fluidkanalvorrichtungswandung angeordnet ist und einen gegen die erste Fluidkanalwand abgestützten, ersten Stützelementbereich aufweist, welcher zumindest bereichsweise komplementär zu dem wellenförmigen Verlauf geformt ist. Durch die Fluidkanalvorrichtung ist der Wärmeübertrager besonders flexibel einsetzbar.
Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Fluidkanalvorrichtung gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung. Das Verfahren umfasst zumindest die folgenden Schritte:
Bereitstellen der Fluidkanalvorrichtungswandung, welche einen Innenraum der Fluidkanalvorrichtung umgibt;
Gemeinsames Einführen der Mehrzahl an miteinander verbundenen Fluidkanäle, sowie des wenigstens einen Stützelements, wodurch das wenigstens eine Stützelement zwischen der ersten Fluidkanalwand des ersten äußeren Fluidkanals der Mehrzahl an Fluidkanälen und der
Fluidkanalvorrichtungswandung angeordnet sowie verspannt wird und über den ersten Stützelementbereich, welcher zumindest bereichsweise komplementär zu dem wellenförmigen Verlauf geformt ist unter Ausbildung eines Formschlusses zumindest zwischen dem ersten Stützelementbereich und der ersten Fluidkanalwand und unter Abdichtung des ersten äußeren Fluidkanals gegenüber einem Durchtritt des ersten Fluids gegen die erste Fluidkanalwand gedrückt wird. Die durch dieses Verfahren hergestellte Fluidkanalvorrichtung ermöglicht einen besonders flexiblen Einsatz des Wärmeübertragers.
Die Fluidkanalvorrichtungswandung kann den Innenraum der Fluidkanalvorrichtung zumindest bereichsweise umgeben, insbesondere ummanteln. Der Innenraum kann einen senkrecht zur Längserstreckungsrichtung orientierten (also einen in einer orthogonal zur Längserstreckungsrichtung orientierten Ebene liegenden) Innenraumquerschnitt aufweisen, welcher bevorzugt langlochförmig ausgebildet sein kann. Ein derartiger, insbesondere langlochförmiger, Innenraumquerschnitt ermöglicht auf einfache Weise die Aufnahme und Einpassung der Mehrzahl an Fluidkanälen in dem Innenraum derart, dass die Fluidkanäle zumindest bereichsweise von der Fluidkanalvorrichtungswandung umgeben sind.
Die in Bezug auf einen der Aspekte vorgestellten, bevorzugten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für die jeweils anderen Aspekte der Erfindung und umgekehrt.
Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnungen.
Im Folgenden ist die Erfindung noch einmal anhand eines konkreten Ausführungsbeispiels erläutert. Hierzu zeigt:
Fig. 1 eine schematische Perspektivansicht einer Fluidkanalvorrichtung für einen Wärmeübertrager;
Fig. 2 eine Vorderansicht der in Fig. 1 gezeigten Fluidkanalvorrichtung;
Fig. 3 eine Schnittdarstellung der Fluidkanalvorrichtung gemäß einer in Fig. 2 gezeigten Schnittlinie D-D;
Fig. 4 eine Perspektivansicht zweier vereinzelt dargestellter Stützelemente der Fluidkanalvorrichtung;
Fig. 5 eine schematische Perspektivansicht einer Variante der Fluidkanalvorrichtung für den Wärmeübertrager;
Fig. 6 eine Vorderansicht der in Fig. 5 gezeigten Variante der Fluidkanalvorrichtung; Fig. 7 eine Schnittdarstellung der Variante der Fluidkanalvorrichtung gemäß einer in Fig. 6 gezeigten Schnittlinie C-C; und
Fig. 8 eine Perspektivansicht zweier Stützelemente der Variante der Fluidkanalvorrichtung, wobei die Stützelemente mittels eines Verbindungselements einteilig miteinander verbunden sind.
Fig. 1 und Fig. 2 zeigen eine Fluidkanalvorrichtung 40 für einen beispielsweise in Fig. 3 teilweise gezeigten Wärmeübertrager 10. In Fig. 5 und Fig. 6 ist eine weitere Variante der Fluidkanalvorrichtung 40 gezeigt, welche ebenfalls für den Wärmeübertrager 10 ausgebildet ist. Der Wärmeübertrager 10 kann zur Kühlung verschiedener Fluide 12, 14 einer vorliegend nicht weiter gezeigten Verbrennungskraftmaschine verwendet werden. Die Fluide 12, 14 sind vorliegend durch jeweilige Pfeile symbolisiert und können beispielsweise parallel zueinander, entgegengesetzt zueinander oder unter Ausbildung einer Kreuzströmung durch den Wärmeübertrager 10 geführt werden, um nur einige Beispiele zu nennen. In Fig. 1 und Fig. 5 sind exemplarisch zwei Koordinatensysteme gezeigt, welche eine Längserstreckungsrichtung x, eine Quererstreckungsrichtung y sowie eine Hocherstreckungsrichtung z der Fluidkanalvorrichtung 40 sowie des gesamten Wärmeübertragers 10 verdeutlichen.
Der Wärmeübertrager 10 kann allgemein als sogenannter AGR-Kühler ausgebildet sein und als solcher betrieben (verwendet) werden. Ein erstes Fluid 12 der Fluide 12, 14 kann als Abgas ausgebildet sein, welches beim Betrieb der Verbrennungskraftmaschine durch letztere emittiert wird. Das zweite Fluid 14 der beiden Fluide 12, 14 kann als Kühlwasser ausgebildet sein. Der Wärmeübertrager 10 weist mehrere, in einem Innenraumteilbereich 25 (siehe Fig. 3 und Fig. 7) eines Gehäuseinnenraums 24 eines Gehäuses 20 des Wärmeübertragers 10 angeordnete Fluidkanalvorrichtungen 40 auf, welche in Quererstreckungsrichtung y des Wärmeübertragers 10 (und damit auch der Fluidkanalvorrichtungen 40) nebeneinander angeordnet und in dem Gehäuseinnenraum 24 aufgenommen sind. Die Anordnung der Fluidkanalvorrichtungen 40 des Wärmeübertragers 10 in Quererstreckungsrichtung y nebeneinander ist vorliegend nicht weiter gezeigt. Der Gehäuseinnenraum 24 ist durch eine Gehäusewandung 22 des Gehäuses 20 umgeben.
Das Gehäuse 20 ist aus Gründen der Übersichtlichkeit lediglich in Fig. 3 und Fig. 7 ausschnittsweise gezeigt. Das erste Fluid 12 kann durch einen in Fig. 3 und Fig. 7 erkennbaren Fluideintrittsbereich 26 in die jeweiligen Fluidkanalvorrichtungen 40 eintreten und an einem in Längserstreckungsrichtung x des Wärmeübertragers 10 (und damit auch der Fluidkanalvorrichtungen 40) dem Fluideintrittsbereich 26 gegenüberliegenden Fluidaustrittsbereich 28 austreten. Zwischen dem Fluideintrittsbereich 26 und dem Fluidaustrittsbereich 28 erfolgt beim bestimmungsgemäßen Gebrauch des Wärmeübertragers 10 eine Wärmeübertragung zwischen dem ersten Fluid 12 und dem zweiten Fluid 14. So kann das zweite Fluid 14 (hier: Kühlwasser) innerhalb des Gehäuses 20 die jeweiligen Fluidkanalvorrichtungen 40 umströmen und dabei Wärme über jeweilige, die Fluidkanalvorrichtungen 40 jeweils bereichsweise umgrenzende Fluidkanalvorrichtungswände 42 mit dem ersten Fluid 12 (hier: Abgas) austauschen. Die Fluidkanalvorrichtungswände 42 können auch als Fluidkanalvorrichtungswandungen bezeichnet werden. Die Fluidkanalvorrichtungswände 42 können vorzugsweise aus Blech gebildet sein und einen, mit dem ersten Fluid 12 durchströmbaren Innenraum 44, welcher einen, in Fig. 2 und Fig. 6 besonders deutlich erkennbaren, langlochförmigen Innenraumquerschnitt aufweisen kann, umgeben.
Die jeweiligen Fluidkanalvorrichtungswandungen 42 umgrenzen jeweils eine Mehrzahl an Fluidkanälen 50, 52, 54, 56, 58, 60, 62, 64, 66, 68 der Fluidkanalvorrichtung 40, wobei diese Fluidkanäle 50, 52, 54, 56, 58, 60, 62, 64, 66, 68 zum Führen des ersten Fluids 12 zwischen dem Fluideintrittsbereich 26 und dem Fluidaustrittsbereich 28 dienen.
Die Fluidkanäle 50, 52, 54, 56, 58, 60, 62, 64, 66, 68 sind jeweils in
Längserstreckungsrichtung x der Fluidkanalvorrichtung 40 mit einem wellenförmigen Verlauf 110 versehen. Derweilenförmige Verlauf 110 ergibt sich dabei vorliegend durch jeweilige, die Fluidkanäle 50, 52, 54, 56, 58, 60, 62, 64, 66, 68 in Hocherstreckungsrichtung z begrenzende, ebenfalls zumindest bereichsweise den wellenförmigen Verlauf 110 aufweisende Fluidkanalwände 51, 53, 55, 57, 59, 61, 63, 65, 67. Vorliegend weisen die Fluidkanalwände 51, 53, 55, 57, 59, 61, 63, 65, 67 über deren jeweilige Gesamtlänge (in Längserstreckungsrichtung x) den wellenförmigen Verlauf 110 auf.
Jede der Fluidkanalvorrichtungen 40 umfasst ein Stützelement 80, welches zwischen einer den wellenförmigen Verlauf 110 aufweisenden, ersten Fluidkanalwand 51 der Fluidkanalwände 51, 53, 55, 57, 59, 61, 63, 65, 67, die einen ersten äußeren Fluidkanal 50 der Mehrzahl an Fluidkanälen 50, 52, 54, 56, 58, 60, 62, 64, 66, 68 bereichsweise begrenzt, und der Fluidkanalvorrichtungswandung 42 angeordnet ist und einen gegen die erste Fluidkanalwand 51 abgestützten, ersten Stützelementbereich 82 aufweist. Der jeweilige Stützelementbereich 82 ist zumindest bereichsweise komplementär zu dem wellenförmigen Verlauf 110 geformt und die jeweiligen Stützelemente 80 sind zur Abdichtung des jeweiligen ersten äußeren Fluidkanals 50 gegenüber einem Durchtritt des ersten Fluids 12 vorgesehen.
Zur Abdichtung weist jedes Stützelement 80 einen, mit dem ersten Stützelementbereich 82 einteilig verbundenen, zweiten Stützelementbereich 86 auf. Der jeweils laschenförmig ausgebildete, zweite Stützelementbereich 86 ist dabei zumindest im Wesentlichen, den ersten äußeren Fluidkanal 50 gegenüber einem Durchtreten des ersten Fluids 12 durch den ersten äußeren Fluidkanal 50, abdichtend an der Fluidkanalvorrichtungswandung 42 in Anlage.
Der jeweilige erste Stützelementbereich 82 und der jeweilige zweite Stützelementbereich 86 schließen einen von einem rechten Winkel verschiedenen Winkel a miteinander ein. Der erste Stützelementbereich 86 liegt vorliegend formschlüssig an der ersten Fluidkanalwand 51 an und ist infolge einer Verspannung des Stützelements 80 zwischen der Fluidkanalvorrichtungswandung 42 und der ersten Fluidkanalwand 51 an die erste Fluidkanalwand 51 gedrückt.
Anhand von Fig. 3 und Fig. 4 ist erkennbar, dass die Stützelemente 80 einen Zusatz- Stützelementbereich 88 umfassen können, welcher insbesondere einteilig mit dem ersten Stützelementbereich 82 verbunden ist. Der Zusatz-Stützelementbereich 88 und der zweite Stützelementbereich 86 sind dabei vorliegend gleichförmig ausgestaltet und parallel zueinander orientiert.
Anhand von Fig. 4 und Fig. 8 ist deutlich zu erkennen, dass der erste Stützelementbereich 82 eine in Richtung des zweiten Stützelementbereichs 86 und damit auch in Richtung des Zusatz-Stützelementbereichs 88 orientierte Wölbung 81 aufweisen kann.
Ebenfalls anhand von Fig. 3, Fig. 4, Fig. 7 und Fig. 8 ist besonders deutlich zu erkennen, dass jede Fluidkanalvorrichtung 40 wenigstens ein Zusatz-Stützelement 90 umfassen kann, welches in Hocherstreckungsrichtung z der Fluidkanalvorrichtung 40 dem jeweiligen Stützelement 80 gegenüberliegend angeordnet und zwischen einer zweiten Fluidkanalwand 67 der Fluidkanalwände 51, 53, 55, 57, 59, 61, 63, 65, 67 eines dem ersten äußeren Fluidkanal 50 in Hocherstreckungsrichtung z gegenüberliegenden, zweiten äußeren Fluidkanals 68 der Mehrzahl an Fluidkanälen 50, 52, 54, 56, 58, 60, 62, 64, 66, 68 und der Fluidkanalvorrichtungswandung 42 angeordnet ist und zumindest bereichsweise komplementär zu dem wellenförmigen Verlauf 110 geformt ist. Ebenso wie das erste Stützelement 80 ist auch das Zusatz-Stützelement 90 zur Abdichtung ausgebildet. Während also das erste Stützelement 80 den ersten äußeren Fluidkanal 50 gegen einen Durchtritt des ersten Fluids 12 abdichtet, dient das Zusatz-Stützelement 90 der Abdichtung des zweiten äußeren Fluidkanals 68 gegen eine Durchtritt des ersten Fluids 12.
Anhand von Fig. 7 und Fig. 8 ist erkennbar, dass das Stützelement 80 und das Zusatz- Stützelement 90 mittels eines sich in Hocherstreckungsrichtung z erstreckenden Verbindungselements 100 miteinander verbunden sein können.
Der wellenförmige Verlauf 110 an dem ersten Stützelementbereich 82 ist derart geformt, dass letztere eine Wölbung 81 aufweist. Diese Wölbung 81 kann wenigstens eine Extremstelle aufweisen. Die in Bezug auf das Stützelement 80 beschriebenen Eigenschaften gelten unmittelbar auch für das Zusatz-Stützelement 90, welches eine entsprechende Wölbung 91, einen entsprechenden ersten Stützelementbereich 92, einen zweiten Stützelementbereich 96 und einen Zusatzstützelementbereich 98 aufweist. Während bei dem Stützelement 80 der zweite Stützelementbereich 86 und der Zusatz-Stützelementbereich 88 jeweils an einem flexibel verformbaren Verbindungsbereich 84 mit dem ersten Stützelementbereich 82 verbunden sind, sind bei dem Zusatz-Stützelement 90 der zweite Stützelementbereich 96 und der Zusatz-Stützelementbereich 98 jeweils an einem flexibel verformbaren Verbindungsbereich 94 mit dem ersten Stützelementbereich 92 verbunden.
Zusammenfassend ermöglichen die Fluidkanalvorrichtungen 40 durch die jeweiligen Stützelemente 80, 90 einen Verschluss der Fluidkanäle 50, 68, wodurch beim Einsatz des Wärmeübertragers 10 als AGR-Kühler eine Verrußung der Fluidkanäle 50, 68 beim Betrieb der Verbrennungskraftmaschine und dem daraus resultierenden Durchströmen des Wärmeübertragers 10 mit dem ersten Fluid 12 zumindest weitgehende unterbunden werden kann. Die Stützelemente 80, 90 können aufgrund ihrer speziellen Formgebung (wellenförmiger Verlauf 110) formschlüssig an den Fluidkanalwänden 51, 67 anliegend im jeweiligen Fluidkanal 50, 68 gehalten werden. Die Fluidkanalwände 51, 53, 55, 57, 59, 61,
63, 65, 67 können allgemein auch als Wärmetauscherlamellen bezeichnet werden. Durch das beschriebene Verfahren zur Herstellung der Fluidkanalvorrichtungen 40 kann ein einzelnes, besonders taktzeitverlängerndes Einlegen der einzelnen Stützelemente 80, 90 vermieden werden. Stattdessen können gemäß dem Verfahren die Stützelemente 80, 90 gemeinsam mit den Fluidkanälen 50, 52, 54, 56, 58, 60, 62, 64, 66, 68 in den von der jeweiligen Fluidkanalvorrichtungswandung 42 umgebenen Innenraum 44 eingeführt und an der Fluidkanalvorrichtungswandung 42 abgestützt werden.
Durch die formschlüssige Positionierung der Stützelemente 80, 90, welche auch als Verschlussbauteile oder als Dichtelemente bezeichnet werden können, werden die
Stützelemente 80, 90 von der vorhandenen Kühlerlamelle (hier Fluidkanalwand 51 und 67) in Position gehalten.
Insgesamt werden die Verschlussbauteile 80, 90 (Stützelemente 80, 90) auch gemeinsam mit den Kühlerlamellen (Fluidkanalwände 51, 53, 55, 57, 59, 61, 63, 65, 67) in die auch als Wärmetauscherrohr oder als Kühlerrohr bezeichnete Fluidkanalvorrichtungswandung 42 eingeführt, sodass kein zusätzliches Einlegen der Verschlussbauteile 80, 90 in einem separatem Prozess erforderlich ist. Weiterhin werden die Kühlerlamellen 51, 53, 55, 57, 59, 61, 63, 65, 67 durch die formschlüssige Positionierung der Verrschlussbauteile 80, 90 im Kühlerrohr (Fluidkanalvorrichtungswandung 42) positioniert. Darüber hinaus können durch das gemeinsame Einführen der Verschlussbauteile 80, 90 mit den Kühlerlamellen 51, 53, 55, 57, 59, 61, 63, 65, 67 engere Toleranzen der Verschlussbauteile 80, 90 zum Kühlerrohr 42 realisiert werden, als dies bei bisherigen, konventionellen Wärmetauschern, üblich ist.
Bezugszeichenliste
10 Wärmeübertrager
12 erstes Fluid
14 zweites Fluid
20 Gehäuse
22 Gehäusewandung
24 Gehäuseinnenraum
25 Innenraumteilbereich
26 Fluideintrittsbereich
28 Fluidaustrittsbereich
40 Fluidkanalvorrichtung
42 Fluidkanalvorrichtungswandung 44 Innenraum
50 Fluidkanal
51 erste Fluidkanalwand
52 Fluidkanal
53 Fluidkanalwand
54 Fluidkanal
55 Fluidkanalwand
56 Fluidkanal
57 Fluidkanalwand
58 Fluidkanal
59 Fluidkanalwand
60 Fluidkanal
61 Fluidkanalwand
62 Fluidkanal
63 Fluidkanalwand
64 Fluidkanal
65 Fluidkanalwand
66 Fluidkanal
67 zweite Fluidkanalwand
68 Fluidkanal
80 Stützelement
81 Wölbung
82 erster Stützelementbereich
84 Verbindungsbereich 86 zweiter Stützelementbereich
88 Zusatz-Stützelementbereich
90 Zusatz-Stützelement
91 Wölbung 92 erster Stützelementbereich
94 Verbindungsbereich
96 zweiter Stützelementbereich
98 Zusatz-Stützelementbereich
100 Verbindungselement 110 wellenförmiger Verlauf a Winkel x Längserstreckungsrichtung y Quererstreckungsrichtung z Hocherstreckungsrichtung

Claims

Ansprüche
1. Wärmeübertrager (10) für eine Verbrennungskraftmaschine, zum Übertragen von Wärme zwischen zumindest zwei Fluiden (12, 14),
- mit wenigstens einem Gehäuse (20), welches zumindest eine Gehäusewandung (22) und einen zumindest bereichsweise mittels der Gehäusewandung (22) begrenzten Gehäuseinnenraum (24) aufweist, welcher einen Fluideintrittsbereich (26) zum Einleiten eines ersten Fluides (12) der zumindest zwei Fluide (12, 14) in den Gehäuseinnenraum (24) und einen Fluidaustrittsbereich (28) zum Ausleiten des ersten Fluides (12) aus dem Gehäuseinnenraum (24) aufweist, und
- mit wenigstens einer, in einem Innenraumteilbereich (25) des Gehäuseinnenraums (24) angeordneten Fluidkanalvorrichtung (40), welche eine zur Abgrenzung des ersten Fluids (12) von einem zweiten Fluid (14) ausgebildete Fluidkanalvorrichtungswandung (42) aufweist, die eine Mehrzahl an Fluidkanälen (50, 52, 54, 56, 58, 60, 62, 64, 66, 68) der Fluidkanalvorrichtung (40) zum Führen des ersten Fluids (12) zwischen dem Fluideintrittsbereich (26) und dem Fluidaustrittsbereich (28) zumindest bereichsweise begrenzt, wobei zumindest einer der Fluidkanäle (50, 52, 54, 56, 58, 60, 62, 64, 66, 68) in Längserstreckungsrichtung (x) der Fluidkanalvorrichtung (40) wenigstens bereichsweise einen wellenförmigen Verlauf (110) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidkanalvorrichtung (40) wenigstens ein Stützelement (80) umfasst, welches zwischen einer den wellenförmigen Verlauf (110) zumindest bereichsweise aufweisenden, ersten Fluidkanalwand (51), die einen ersten äußeren Fluidkanal (50) der Mehrzahl an Fluidkanälen (50, 52, 54, 56, 58, 60, 62, 64, 66, 68) zumindest bereichsweise begrenzt, und der Fluidkanalvorrichtungswandung (42) angeordnet ist und einen gegen die erste Fluidkanalwand (51) abgestützten, ersten Stützelementbereich (82) aufweist, welcher zumindest bereichsweise komplementär zu dem wellenförmigen Verlauf (110) geformt ist, wobei das wenigstens eine Stützelement (80) zur Abdichtung des ersten äußeren Fluidkanals (50) gegenüber einem Durchtritt des ersten Fluids (12) vorgesehen ist.
2. Wärmeübertrager (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Stützelement (80) wenigstens einen, mit dem ersten Stützelementbereich (82) verbundenen, zweiten Stützelementbereich (86) aufweist, welcher zumindest im Wesentlichen, den ersten äußeren Fluidkanal (50) gegenüber einem Durchtreten des ersten Fluids (12) durch den ersten äußeren Fluidkanal (50), abdichtend an der Fluidkanalvorrichtungswandung (42) in Anlage ist.
3. Wärmeübertrager (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine zweite Stützelementbereich (86) laschenförmig ausgebildet ist.
4. Wärmeübertrager (10) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine erste Stützelementbereich (82) und der wenigstens eine zweite Stützelementbereich (86) einen von einem rechten Winkel verschiedenen Winkel (a) miteinander einschließen.
5. Wärmeübertrager (10) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Stützelement (80) einen Zusatz-Stützelementbereich (88) umfasst, welcher mit dem ersten Stützelementbereich (82) verbunden ist, wobei der Zusatz-Stützelementbereich (88) und der zweite Stützelementbereich (86) zumindest im Wesentlichen gleichförmig ausgestaltet sind.
6. Wärmeübertrager (10) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine erste Stützelementbereich (82) eine in Richtung des wenigstens einen zweiten Stützelementbereichs (86) orientierte Wölbung (81) aufweist.
7. Wärmeübertrager (10) nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Stützelementbereich (86) zumindest bereichsweise formschlüssig an der ersten Fluidkanalwand (51) anliegt und infolge einer Verspannung des Stützelements (80) zwischen der Fluidkanalvorrichtungswandung (42) und der ersten Fluidkanalwand (51) an die erste Fluidkanalwand (51) gedrückt ist.
8. Wärmeübertrager (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidkanalvorrichtung (40) wenigstens ein Zusatz-Stützelement (90) umfasst, welches in Hocherstreckungsrichtung (z) der Fluidkanalvorrichtung (40) dem wenigstens einen Stützelement (80) gegenüberliegend angeordnet und zwischen einer zweiten Fluidkanalwand (67) eines dem ersten äußeren Fluidkanal (50) in Hocherstreckungsrichtung (z) gegenüberliegenden, zweiten äußeren Fluidkanals (68) der Mehrzahl an Fluidkanälen (50, 52, 54, 56, 58, 60, 62, 64, 66, 68) und der Fluidkanalvorrichtungswandung (42) angeordnet ist und zumindest bereichsweise komplementär zu dem wellenförmigen Verlauf (110) geformt ist.
9. Wärmeübertrager (10) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützelement (80) und das Zusatz-Stützelement (90) mittels eines sich in Hocherstreckungsrichtung (z) erstreckenden Verbindungselements (100) miteinander verbunden sind.
10. Fluidkanalvorrichtung (40) für einen Wärmeübertrager (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, welche eine zur Abgrenzung des ersten Fluids (12) von dem zweiten Fluid (14) ausgebildete Fluidkanalvorrichtungswandung (42) aufweist, die eine Mehrzahl an Fluidkanälen (50, 52, 54, 56, 58, 60, 62, 64, 66, 68) der Fluidkanalvorrichtung (40) zum Führen des ersten Fluids (12) zwischen einem Fluideintrittsbereich (26) des Wärmeübertragers (10) und einem Fluidaustrittsbereich (28) des Wärmeübertragers (10) zumindest bereichsweise begrenzt, wobei zumindest einer der Fluidkanäle (50, 52, 54, 56, 58, 60, 62, 64, 66, 68) in Längserstreckungsrichtung (x) der Fluidkanalvorrichtung (40) wenigstens bereichsweise einen wellenförmigen Verlauf (110) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidkanalvorrichtung (40) wenigstens ein Stützelement (80) umfasst, welches zwischen einer den wellenförmigen Verlauf (110) zumindest bereichsweise aufweisenden, ersten Fluidkanalwand (51), die einen ersten äußeren Fluidkanal (50) der Mehrzahl an Fluidkanälen (50, 52, 54, 56, 58, 60, 62, 64, 66, 68) zumindest bereichsweise begrenzt, und der Fluidkanalvorrichtungswandung (42) angeordnet ist und einen gegen die erste Fluidkanalwand (51) abgestützten, ersten Stützelementbereich (82) aufweist, welcher zumindest bereichsweise komplementär zu dem wellenförmigen Verlauf (110) geformt ist, wobei das wenigstens eine Stützelement (80) zur Abdichtung des ersten äußeren Fluidkanals (50) gegenüber einem Durchtritt des ersten Fluids (12) vorgesehen ist.
11. Verfahren zur Herstellung einer Fluidkanalvorrichtung (40) nach Anspruch 10, umfassend zumindest die folgenden Schritte:
Bereitstellen der Fluidkanalvorrichtungswandung (42), welche einen Innenraum (44) der Fluidkanalvorrichtung (40) umgibt;
Gemeinsames Einführen der Mehrzahl an miteinander verbundenen Fluidkanäle (50, 52, 54, 56, 58, 60, 62, 64, 66, 68), sowie des wenigstens einen Stützelements (80), wodurch das wenigstens eine Stützelement (80) zwischen der ersten Fluidkanalwand (51) des ersten äußeren Fluidkanals (50) der Mehrzahl an Fluidkanälen (50, 52, 54, 56, 58, 60, 62, 64, 66, 68) und der Fluidkanalvorrichtungswandung (42) angeordnet sowie verspannt wird und über den ersten Stützelementbereich (82), welcher zumindest bereichsweise komplementär zu dem wellenförmigen Verlauf (110) geformt ist unter Ausbildung eines Formschlusses zumindest zwischen dem ersten Stützelementbereich (82) und der ersten Fluidkanalwand (51) und unter Abdichtung des ersten äußeren Fluidkanals (50) gegenüber einem Durchtritt des ersten Fluids (12) gegen die erste Fluidkanalwand (51) gedrückt wird.
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