WO2005050118A1 - Hochtemperaturgelöteter abgaswärmetauscher - Google Patents

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WO2005050118A1 PCT/EP2004/012714 EP2004012714W WO2005050118A1 WO 2005050118 A1 WO2005050118 A1 WO 2005050118A1 EP 2004012714 W EP2004012714 W EP 2004012714W WO 2005050118 A1 WO2005050118 A1 WO 2005050118A1
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Hans-Heinrich Angermann
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Behr Gmbh & Co. Kg
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the present invention relates to a device for exchanging heat.
  • the present invention relates to an exhaust gas heat exchanger for motor vehicles.
  • Wall exchanger devices play an increased role in many areas of technology, particularly in automotive technology, in power plants and in environmental technology.
  • the components of such heat exchanger devices are usually connected or joined together by means of welding or soldering.
  • Ni solder nickel solder
  • Cu solder Copper solders
  • the soldering gap usually has to be at least narrower than 0.1 mm in order to prevent the formation of strength-reducing and / or corrosion-increasing precipitation products in the vicinity of the solder, all Ni solders are comparatively expensive and that the soldering process to avoid oxidation of the solder surface usually takes place in a vacuum soldering furnace, as a result of which the mass production of such nickel-soldered heat exchangers is relatively complex and therefore also expensive due to the required process times in a vacuum soldering furnace.
  • Cu-soldered heat exchanger devices are a problem in many areas, since Cu-solder sometimes has the required before corrosion or oxidation resistance, in particular with respect to the fluids flowing through the heat exchanger device, does not have, so that damage to the seams, in particular as a result of corrosion or oxidation, can result.
  • the object of the present invention is therefore to provide a device for exchanging heat and a method for producing such a device which overcomes the disadvantages of the prior art.
  • the device according to the invention for exchanging heat has at least one first flow path for a first fluid, which is at least partially delimited by at least one first delimitation element, and a second flow path for a second fluid, which is delimited by at least one second delimitation element is partially limited. An exchange of heat takes place between the first fluid and the second fluid.
  • the heat exchanger according to the invention also has a first diffuser space which is connected upstream of the first flow path and is fluidly connected to at least one first connecting piece through which the first fluid flows into the first diffuser space.
  • the first diffuser space is at least partially delimited by at least one third delimiting element.
  • a second diffuser space is provided, which is connected downstream of the first flow path and which is at least partially delimited by a fourth delimitation element, the second diffuser space is fluidly connected to at least one second connecting piece, through which the first fluid flows out of the diffuser space.
  • At least a third and a fourth connecting piece are connected to the second flow path, through which the second fluid is supplied to and discharged from the second flow path.
  • the heat exchanger according to the invention also has a separating element on the input and output sides of the first flow path, which essentially prevents the first fluid from entering the second flow path or the second fluid from entering the first flow path, this separating element being sealingly connected to the first and second limiting elements is.
  • the third delimitation element is sealingly connected to the first or second delimitation element or to the separating element.
  • the sealing connections are cohesive connections, at least those connections in which the material forming the cohesive material is essentially directly exposed to the flow of the first fluid consist of a first connecting material and connections in which the material cohesive connection forming material is not or not directly exposed to the flow of the first fluid, consist of a second connecting material, the compositions of the first and second connecting material being different from one another.
  • connection in which the material forming the material connection is essentially directly exposed to the flow of the first fluid is to be understood as a connection in which the connection material is acted upon directly by the first fluid, in particular in which the first fluid is directly applied to the Connection material impacts or flows directly past it.
  • the heat exchanger according to the invention allows the connection material of the respective material connection to the circumstances and in particular the needs of the respective connection with regard to strength, elasticity, temperature, oxidation and / or corrosion resistance are adapted. Those areas of the heat exchanger where such requirements are not particularly high can therefore be joined with connection materials, which are often significantly less expensive, whereas connections in areas of the heat exchanger which are exposed to increased stress with regard to corrosion, oxidation, temperature, strength and / or elasticity are manufactured using connecting materials that meet the relevant requirements. It can also be advantageous that the use of Cu solder also covers wide soldering gaps between the components to be connected, ie the components to be joined can be manufactured with greater tolerances.
  • the fourth delimitation element is sealingly connected to the first and / or second delimitation element or a further separating element, the connection preferably also being made here using the first or second connection material.
  • the fourth delimitation element is cohesively connected to the first or the second delimitation element or a further separating element in such a way that the material forming the cohesion is not or not directly, for example only, directly exposed to diffusion, flow swirls or the like.
  • the connecting material is not exposed to an increased load.
  • the first and / or the second delimitation element essentially close the first and second flow paths with respect to the environment and with respect to the respective other flow path. Chen, so that a transfer of the first fluid into the second flow path or the second fluid into the first flow path is also prevented in the area of the delimiting elements and in particular an escape of the first or second fluid from the heat exchanger is prevented.
  • the device according to the invention for exchanging heat in an arrangement in which there is a higher pressure in the first and / or second flow path than in the surroundings.
  • the first limiting element extends in its main direction of expansion essentially parallel to the main direction of expansion of the second limiting element.
  • the first delimitation element is particularly preferably arranged at least partially within the second delimitation element.
  • the first delimitation element is arranged at least partially within the second delimitation element, the main direction of expansion of the first delimitation element and in particular the flow direction of the first fluid not being parallel to the main direction of expansion of the second delimitation element and in particular to the flow direction of the second fluid.
  • the direction of flow of the first fluid within the first delimitation element preferably runs at least partially parallel or in opposite directions parallel to the flow direction of the second fluid within the second delimitation element.
  • the first and / or second delimiting element is a tube, which particularly preferably at least partially has an essentially rectangular, square, circular or elliptical cross section, the cross section of the second delimiting element being larger. is preferably several times larger than the cross section of the first limiting element.
  • the separating element is preferably a tube sheet which is provided with openings into which first delimiting elements are inserted.
  • the openings of the tube sheet preferably have cross sections which essentially correspond to the cross section of the first delimiting element, so that the separating element preferably essentially encloses the first delimiting element in a form-fitting manner in an end section.
  • the separating element is preferably substantially positively enclosed by a partial area of the second delimiting element, particularly preferably by an end section of the second delimiting element. In a further embodiment, the separating element rests on the end face of the second delimiting element. In a further embodiment, the separating element essentially encloses the second delimiting element in a form-fitting manner.
  • the third and / or the fourth delimitation element are each connected to the first and the second connecting piece in a sealing, in particular cohesive manner.
  • the material forming the material bond is preferably the first or the second connection material even in the case of the material connection of the third or fourth limiting element to the first or second connecting piece.
  • the second limiting element is sealingly connected to the third or fourth connecting piece, in particular by means of a material connection using the second connecting material. It is assumed that the material forming the material connection of the material connection between the third and fourth connecting piece and the second delimitation element is not acted upon directly by the second fluid, the second connection material is selected such that it is essentially unaffected by a possible oxidizing or corrosive effect of the second fluid.
  • the first fluid preferably has a higher temperature than the second fluid, the first fluid preferably being a gas, in particular an exhaust gas from a combustion process, and particularly preferably the exhaust gas from a motor vehicle engine.
  • the temperature of the first fluid when entering the heat exchanger is above the temperature of the second fluid when entering the heat exchanger, preferably 100 ° C. to 1,000 ° C. above the temperature of the second fluid, preferably 300 ° C. to 900 ° C. above the temperature of the second fluid and particularly preferably 500 ° C to 800 ° C above the temperature of the second fluid.
  • the second fluid is' is preferably a liquid, preferably a refrigerant, and particularly preferably cooling water, in particular the cooling water of a motor vehicle cooling circuit.
  • the corrosion, oxidation and / or the temperature resistance of the first connection material is particularly preferably higher than the corrosion, oxidation and / or temperature resistance of the second connection material.
  • the corrosion resistance of the first connecting material to moisture, sulfur compounds, carbon compounds and in particular their acids is higher than that of the second connecting material.
  • the integral connections of a heat exchanger device according to the present invention are preferably connections which are produced by soldering, preferably brazing and particularly preferably by high-temperature soldering.
  • the first connecting material is preferably selected from a group which contains nickel solder (Ni solder), gold solder (Au solder), cobalt solder (Co solder) and the like.
  • the group from which the first connecting material is selected also contains other solders, which alloys of the metals nickel (Ni), silver contain (Ag), gold (Au) or cobalt (Co), these metals being an essential component of the respective alloys.
  • a particularly preferred nickel solder In addition to nickel as an essential constituent, a particularly preferred nickel solder also has 0 - 25 wt.% Chromium, 0 - 10 wt.% Silicon, 0 - 85 wt.% Boron, 0 - 11 wt.% Phosphorus as secondary constituents. Other nickel solders also have 0 - 4.5% by weight iron and 0 - 16% tungsten. Particularly preferred nickel solders are, for example, solders Ni102, Ni105 or Ni107.
  • a preferred gold solder consists of 100% by weight gold, especially if the solder layer has been chemically applied. Other gold solders have up to 20% by weight of nickel.
  • the second use material is preferably selected from a group of materials containing copper solder (Cu solder), silver solder (Ag solder), brass solder and the like.
  • the group from which the second connecting material is selected contains further solders which contain alloys of the metals copper (Cu), zinc (Zn) or silver (Ag), these metals being an essential component of the respective alloy.
  • a particularly preferred copper solder consists of 100% by weight of copper, preference being given to using further copper solders to which up to 3% by weight of nickel are added.
  • Other copper solders contain up to 15% by weight of nickel and / or up to 47% by weight of zinc and / or up to 17% by weight of Sn and / or up to 13% P.
  • Such solders are also referred to as brass solders.
  • the device for exchanging heat solves the problem in that the limiting elements and the separating elements (components) are integrally connected to one another in a single joining process.
  • the cohesive connections which are produced using the first connecting material and the cohesive connections which are produced using the second connecting material are thus produced in a single joining process, the parameters of the joining process being selected such that a secure and permanent connection the components.
  • the elements that is to say the separating elements and / or at least one of the delimiting elements, are at least partially provided with the first and / or the second connecting material before the joining process, in particular the connecting materials are applied to the contact areas of the components, that is to say to the contact areas between the components Separating elements and the delimiting elements and possibly the connecting piece applied.
  • connection materials are preferably applied by brushing, rolling up or spraying on the connection material, in particular by applying an adhesive and then soldering powder, a paste, a film or a tape or by galvanically applying the connection material or a thermal spraying process.
  • connection areas in which the material forming the material bond is directly exposed to the flow of the first fluid in the finished heat exchanger are provided with the first connection material, whereas connection areas in which the material forming the material bond in the finished heat exchanger are exposed to the flow of the first Fluid is not or not directly exposed to be provided with the second connecting material.
  • the components provided with the connecting material are connected to one another in a non-positive and / or positive manner in such a way that their arrangement to one another essentially corresponds to the arrangement of the components in the finished heat exchanger.
  • the force and / or Components that are positively connected to one another are then fed to the joining process.
  • the components provided with the connecting materials are at a temperature between 900 ° C. and 1,300 ° C., preferably between 1,000 ° C. and 1,200 ° C. and particularly preferably between 1,050 ° C. and 1,150 ° C, exposed.
  • the connecting material applied to the elements of the heat exchanger device in such a way that the connecting materials melt and the components are thereby connected to one another in a materially sealed manner.
  • the joining process takes place under a protective gas atmosphere, the protective gas being selected from a group of gases which are hydrogen gas (H 2 ), nitrogen gas (N 2 ), argon (Ar), krypton (Kr) , Xenon (Xe) and the like, and any combination thereof.
  • the protective gas being selected from a group of gases which are hydrogen gas (H 2 ), nitrogen gas (N 2 ), argon (Ar), krypton (Kr) , Xenon (Xe) and the like, and any combination thereof.
  • the protective gas atmosphere during the joining process can prevent an undesirable change in the surface or the structure of the connecting material and / or the components, for example by oxidation, and thereby ensure the quality of the connection, in particular the strength and durability of the connection. the.
  • the joining process it is particularly preferred to carry out the joining process continuously, ie to heat the components which are connected to one another in a non-positive and / or positive manner, for example in a continuous furnace, walking beam furnace or the like.
  • a continuous joining process will in particular, positively influenced by the use of a protective gas during the joining in the continuous furnace.
  • FIG. 1 shows an exploded view of a heat exchanger according to the invention
  • FIG. 2 shows a side view of a further embodiment of a heat exchanger according to the invention
  • FIG. 3 shows a sectional view of a heat exchanger according to FIG. 2.
  • FIGS. 1 to 3 show heat exchangers according to the invention, in particular for use as an exhaust gas heat exchanger in a motor vehicle.
  • the heat exchangers have first limiting elements 1, through which a hot exhaust gas flows, and a second limiting element 2, through which a liquid coolant flows.
  • the limiting elements 1 extend essentially parallel to the main direction of extent of the limiting element 2 (not shown) and are arranged within the limiting element 2. 1 and 2, the exhaust gas enters the first limiting elements 1 from the right and exits to the left or upwards.
  • the separating element 3 is arranged essentially orthogonally to the main direction of extent of the second delimiting element 2.
  • the separating element 3 is sealingly connected in a front end region to the second limiting element 2, the sealing connection being made by a cohesive connection 10 is formed using the first or second connecting material.
  • the separating element 3 has openings which essentially correspond to the cross sections of the first delimiting elements 1 and into which the first delimiting elements 1 are inserted, so that the separating element 3 essentially surrounds them in a form-fitting manner in one of their end regions.
  • the first limiting elements 1 are sealingly connected to the separating element 3 in their end regions, the sealing connection being formed by a material connection 11 using the first connection material, since the material connection 11 is exposed to the full temperature of the exhaust gas and the corrosive effect of the exhaust gas condensate ,
  • the heat exchanger device shown has a further separating element (not shown) in the region of the rear end of the second delimiting element 2 opposite the separating element 3, the further separating element preferably being surrounded by the end region of the second delimiting element 2 essentially in a form-fitting manner, similar to the front region is and is sealingly connected to this by a material connection. Similar to the front area of the heat exchanger, there is a sealing connection between the first boundary elements 1 and the further partition element in the rear end region of the first boundary elements 1 with the further partition element (not shown) which essentially surrounds them in a form-fitting manner.
  • the heat exchangers shown in FIGS. 1 and 2 have a fourth limiting element 5 in their rear areas. There is a sealing connection between the fourth delimitation element 5 and the second delimitation element 2, which is embodied as an integral connection 12.
  • these integral connections can be made using the first and / or second connecting material.
  • the connecting material forming the material connection is exposed in the area of the material connection 12 between the fourth limiting element 5 and the second limiting element 2 to already cooled exhaust gas, so that this sealing connection can be carried out using the second connecting material.
  • the use of the first connecting material is preferred.
  • the third delimitation element 4 touches the end region of the second delimitation element 2 essentially in a form-fitting manner, wherein it is connected to the second delimitation element 2 in a sealing manner by the joining process.
  • the materially bonded connection 12 between the third limiting element 4 and the second limiting element 2 is used using the first or second Connection material made.
  • the third limiting device 4 and the fourth limiting device 5 are sealingly connected to first and second connecting flanges 6, 7.
  • the sealing connection between the first and second connecting piece 6, 7 and the third or fourth limiting element 4, 5 is designed as a material connection 13 or 14.
  • the cohesive connections 13 and 14 can be welded or soldered, in the latter case using the second connecting material For reasons of cost and because the connections are not directly exposed to the flow of the first fluid, is preferred.
  • the second limiting element 2 has in its rear lower and in its front upper area third and fourth connecting pieces 8 and 9, which are sealingly connected to the second limiting element 2.
  • the sealing connections between the connecting pieces 8, 9 and the second delimiting element 2 are designed as material connections 15, 16, the material forming the material connection being the second connection material, since it is not exposed to the flow of the exhaust gas and therefore no increased requirements with regard to corrosion or oxidation resistance on the connecting material in the area of the connections 15, 16.
  • the exhaust gas flowing through the heat exchanger flows through the connecting piece 6, which is connected to the third delimiting element 4, into the first diffuser space formed by the third delimiting element and out of it through the first delimiting elements 1, which are designed in the form of rectangular tubes.
  • the exhaust gas After the exhaust gas has flowed through the first delimitation elements 1 along first flow paths, it arrives in the rear region of the heat exchanger in the second diffuser chamber delimited by the fourth delimitation element 5 and flows out of the latter through the second connection flange 7.
  • the coolant flows through the heat exchanger shown at least partially in a flow direction essentially parallel to the flow direction of the exhaust gas or in an opposite parallel flow direction.
  • the coolant flows through the fourth connection piece 9, which is flow-connected to the second delimitation element 2, into the second flow path delimited by the second delimitation element and out of it again through the third connection piece 8.
  • the coolant flows through the third connection piece 8 into the second flow path.
  • the coolant emerges again from the second flow path through the fourth connecting piece 9, which is flow-connected to the second limiting element 2.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Austauschen von Wärme, welcher einen ersten Strömungsweg für ein erstes Fluid und einen zweiten Strömungsweg für ein zweites Fluid aufweist. Die Bauteile des erfindungsgemässen Wärmetauschers sind durch stoffschlüssige Verbindungen (10, 11) miteinander verbunden, wobei die stoffschlüssigen Verbindungen (10, 11), bei denen das den Stoffschluss bildende Material dem Strom des ersten Fluids im wesentlichen unmittelbar ausgesetzt ist, aus einem ersten Verbindungsmaterial bestehen und die Verbindungen, bei denen das den Stoffschluss bildende Material dem Strom des ersten Fluids nicht oder nicht unmittelbar ausgesetzt ist, aus einem zweiten Verbindungsmaterial bestehen und die Zusammensetzungen des ersten und des zweiten Verbindungsmaterials voneinander verschieden sind.

Description

Hochtemperaturgelöteter Abgaswärmetauscher
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Austauschen von Wärme. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung einen Abgaswärmetauscher für Kraftfahrzeuge.
Wän etauschervorrichtungen spielen heute in vielen Bereichen der Technik, insbesondere in der Kraftfahrzeugtechnik, bei Kraftanlagen und in der Umwelttechnik eine gesteigerte Rolle. Die Bauelemente von derartigen Wärmetauschervorrichtungen werden üblicherweise mittels Schweißen oder Löten miteinander verbunden bzw. gefügt.
Das Fügen mittels Löten erfolgt häufig unter Einsatz eines sogenannten Nik- kellotes (Ni-Lot). Ein derartiges Nickellot zeichnet sich durch eine hohe Oxi- dations- bzw. Korrosionsbeständigkeit aus, hat gegenüber anderen Loten, wie z.B. Kupferloten (Cu-Lot) jedoch die Nachteile, dass der Lötspalt übli- cherweise mindestens schmaler als 0,1 mm sein muss, um die Bildung von festigkeitsmindernden und/oder korrosionssteigernden Ausscheidungsprodukten in der Lötnahe zu verhindern, alle Ni-Lote vergleichsweise teuer sind und dass der Lötprozess zur Vermeidung einer Oxidation der Lotoberfläche üblicherweise in einem Vakuumlötofen erfolgt, wodurch die Massenprodukti- on derartiger Nickel-gelöteter Wärmetauscher aufgrund der erforderlichen Prozesszeiten in einem Vakuumlötofen verhältnismäßig aufwendig und somit auch teuer ist.
Die Verwendung von Cu-gelöteten Wärmetauschervorrichtungen stellt je- doch in vielen Bereichen ein Problem dar, da Cu-Lot bisweilen die erforderli- ehe Korrosions- bzw. Oxidationsbeständigkeit insbesondere gegenüber den die Wärmetauschervorrichtung durchströmenden Fluiden nicht aufweist, so daß aufgrund dessen Beschädigungen an den Fügenähten insbesondere durch Korrosion oder Oxidation die Folge sein können.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung zum Austauschen von Wärme sowie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Vorrichtung bereitzustellen, welche die Nachteile des Standes der Technik überwindet.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zum Austauschen von Wärme gemäß Anspruch 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Vorrichtung gemäß Anspruch 18 gelöst. Weitere bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind Gegenstand der Unteransprüche 2 bis 17. Bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche 19 bis 21.
Demgemäß weist die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Austauschen von Wärme (Wärmetauscher) wenigstens einen ersten Strömungsweg für ein erstes Fluid auf, der zumindest teilweise von wenigstens einem ersten Begrenzungselement begrenzt wird, sowie einen zweiten Strömungsweg für ein zweites Fluid auf, der von wenigstens einem zweiten Begrenzungselement zumindest teilweise begrenzt wird. Zwischen dem ersten Fluid und dem zweiten Fluid findet ein Austausch von Wärme statt.
Der erfindungsgemäße Wärmetauscher weist zudem einen ersten Diffusor- raum auf, der dem ersten Strömungsweg vorgeschaltet ist und mit wenigstens einem ersten Anschlussstutzen strömungsverbunden ist, durch den das erste Fluid in den ersteh Diffusorraum einströmt. Der erste Diffusorraum wird von wenigstens einem dritten Begrenzungselement zumindest teilweise begrenzt. Weiterhin ist ein zweiter Diffusorraum vorgesehen, der dem ersten Strömungsweg nachgeschaltet ist und der von einem vierten Begrenzungselement zumindest teilweise begrenzt wird, wobei der zweite Diffusorraum mit wenigstens einem zweiten Anschlussstutzen strömungsverbunden ist, durch den das erste Fluid aus dem Diffusorraum ausströmt.
Mit dem zweiten Strömungsweg sind wenigstens ein dritter und ein vierter Anschlussstutzen strömungsverbunden, durch welche das zweite Fluid dem zweiten Strömungsweg zu- bzw. aus diesem abgeführt wird.
Der erfindungsgemäße Wärmetauscher weist eingangs- und ausgangsseitig des ersten Strömungswegs außerdem ein Trennelement auf, welches einen Eintritt des ersten Fluids in den zweiten Strömungsweg bzw. des zweiten Fluids in den ersten Strömungsweg im wesentlichen verhindert, wobei dieses Trennelement mit dem ersten und zweiten Begrenzungselement dichtend verbunden ist. Das dritte Begrenzungselement ist mit dem ersten oder zweiten Begrenzungselement oder mit dem Trennelement dichtend verbunden.
Erfindungsgemäß handelt es sich bei den dichtenden Verbindungen um stoffschlüssige Verbindungen, wobei zumindest diejenigen Verbindungen, bei denen das den Stoffschluss bildende Material dem Strom des ersten Fluids im wesentlichen unmittelbar ausgesetzt ist, aus einem ersten Verbin- dungsmaterial bestehen und Verbindungen, bei denen das den Stoffschluss bildende Material dem Strom des ersten Fluids nicht oder nicht unmittelbar ausgesetzt ist, aus einem zweiten Verbindungsmaterial bestehen, wobei die Zusammensetzungen des ersten und des zweiten Verbindungsmaterials voneinander verschieden sind.
Unter einer Verbindung, bei der das den Stoffschluss bildende Material dem Strom des ersten Fluids im wesentlichen unmittelbar ausgesetzt ist, ist eine solche Verbindung zu verstehen, bei der das Verbindungsmaterial mit dem ersten Fluid unmittelbar beaufschlagt wird, insbesondere bei der das erste Fluid unmittelbar auf das Verbindungsmaterial aufprallt oder unmittelbar daran vorbeiströmt.
Der erfindungsgemäße Wärmetauscher erlaubt es, dass das Verbindungsmaterial der jeweiligen stoffschlüssigen Verbindung an die Gegebenheiten und insbesondere die Notwendigkeiten der jeweiligen Verbindung hinsichtlich Festigkeit, Elastizität, Temperatur, Oxidations- und/oder Korrosionsbeständigkeit angepasst werden. Diejenigen Teilbereiche des Wärmetauschers, bei denen derartige Anforderungen nicht besonders hoch sind, kön- nen daher mit oftmals deutlich kostengünstigeren Verbindungsmaterialien gefügt werden, wohingegen Verbindungen in Bereichen des Wärmetauschers, welche einer erhöhten Belastung hinsichtlich Korrosion, Oxidation, Temperatur, Festigkeit und/oder Elastizität ausgesetzt sind, unter Verwendung von Verbindungsmaterialien hergestellt werden, welche den diesbe- züglichen Anforderungen gerecht werden. Es kann vorteilhaft hinzukommen, dass die Verwendung von Cu-Lot auch breite Lötspalten zwischen den zu verbindenden Bauelementen erfasst, d.h. die zu fügenden Bauteile können mit größeren Toleranzen gefertigt werden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das vierte Begrenzungselement mit dem ersten und/oder zweiten Begrenzungselement oder einem weiteren Trennelement dichtend verbunden, wobei vorzugsweise auch hier die Verbindung unter Verwendung des ersten oder zweiten Verbindungsmaterials erfolgt.
Ist beispielsweise das vierte Begrenzungselement mit dem ersten oder dem zweiten Begrenzungselement oder einem weiteren Trennelement derart stoffschlüssig verbunden, dass das den Stoffschluss bildende Material dem Strom des ersten Fluids nicht oder nicht unmittelbar, beispielsweise nur indi- rekt durch Diffusion, Strömungsverwirbelungen oder dergleichen ausgesetzt ist, besteht erfindungsgemäß die Möglichkeit, diese Verbindung des vierten Begrenzungselementes mit dem ersten oder zweiten Begrenzungselement oder einem weiteren Trennelement unter Verwendung des zweiten Verbindungsmaterials herzustellen, da das Verbindungsmaterial in diesem Fall kei- ner erhöhten Belastung ausgesetzt ist.
Besonders bevorzugt schließen das erste und/oder das zweite Begrenzungselement den ersten bzw. zweiten Strömungsweg gegenüber der Umgebung und gegenüber dem jeweils anderen Strömungsweg im wesentli- chen ab, so dass ein Übertritt des ersten Fluids in den zweiten Strömungsweg bzw. des zweiten Fluids in den ersten Strömungsweg auch im Bereich der Begrenzungselemente verhindert wird und insbesondere ein Austritt des ersten bzw. zweiten Fluids aus dem Wärmetauscher verhindert wird.
Auf diese Weise ist es auch möglich, die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Austauschen von Wärme in einer Anordnung zu verwenden, bei der im ersten und/oder zweiten Strömungsweg ein gegenüber der Umgebung erhöhter Druck herrscht.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform erstreckt sich das erste Begrenzungselement in seiner Hauptausdehnungsrichtung im wesentlichen parallel zur Hauptausdehnungsrichtung des zweiten Begrenzungselementes. Besonders bevorzugt ist dabei das erste Begrenzungselement zumindest teil- weise innerhalb des zweiten Begrenzungselementes angeordnet.
In einer weiteren Ausführungsform ist das erste Begrenzungselement zumindest teilweise innerhalb des zweiten Begrenzungselementes angeordnet, wobei die Hauptausdehnungsrichtung des ersten Begrenzungselementes und insbesondere die Strömungsrichtung des ersten Fluids zur Hauptausdehnungsrichtung des zweiten Begrenzungselementes und insbesondere zur Strömungsrichtung des zweiten Fluids nicht parallel ist.
Vorzugsweise verläuft die Strömungsrichtung des ersten Fluids innerhalb des ersten Begrenzungselementes zumindest teilweise parallel oder aber entgegengesetzt parallel zur Strömungsrichtung des zweiten Fluids innerhalb des zweiten Begrenzungselementes.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfin- düng ist das erste und/oder zweite Begrenzungselement ein Rohr, welches besonders bevorzugt zumindest teilweise einen im wesentlichen rechteckigen, quadratischen, kreisförmigen oder elliptischen Querschnitt aufweist, wobei der Querschnitt des zweiten Begrenzungselementes größer ist, vor- zugsweise um ein mehrfaches größer ist, als der Querschnitt des ersten Begrenzungselementes.
Vorzugsweise ist das Trennelement ein Rohrboden, welcher mit Öffnungen versehen ist, in die erste Begrenzungselemente eingesteckt sind. Bevorzugt weisen die Öffnungen des Rohrbodens Querschnitte auf, die dem Querschnitt des ersten Begrenzungselementes im wesentlichen entsprechen, so dass das Trennelement das erste Begrenzungselement vorzugsweise in einem endseitigen Abschnitt im wesentlichen formschlüssig umschließt.
Das Trennelement ist vorzugsweise von einem Teilbereich des zweiten Begrenzungselementes im wesentlichen formschlüssig umschlossen, besonders bevorzugt von einem endseitigen Abschnitt des zweiten Begrenzungselementes. In einer weiteren Ausführungsform liegt das Trennelement stirn- seitig an dem zweiten Begrenzungselement an. In einer weiteren Ausführungsform umschließt das Trennelement endseitig das zweite Begrenzungselement im wesentlichen formschlüssig.
Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das dritte und/oder das vierte Begrenzungselement jeweils mit dem ersten bzw. dem zweiten Anschlussstutzen dichtend, insbesondere stoffschlüssig verbunden. Vorzugsweise ist das den Stoffschluss bildende Material auch bei der stoffschlüssigen Verbindung des dritten bzw. vierten Begrenzungselementes mit dem ersten bzw. zweiten Anschlussstutzen das erste oder das zweite Ver- bindungsmaterial.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das zweite Begrenzungselement dichtend mit dem dritten oder vierten Anschlussstutzen, insbesondere durch eine stoffschlüssige Verbin- düng unter Verwendung des zweiten Verbindungsmaterials verbunden. Es wird dabei davon ausgegangen, dass das den Stoffschluss bildende Material der stoffschlüssigen Verbindung zwischen dem dritten und vierten Anschlussstutzen und dem zweiten Begrenzungselement mit dem zweiten Fluid nicht unmittelbar beaufschlagt wird, wobei das zweite Verbindungsmaterial so gewählt ist, dass es einer möglichen oxidierenden bzw. korrodierenden Wirkung des zweiten Fluids im wesentlichen unbeeinflusst gegenübersteht.
Vorzugsweise weist das erste Fluid eine höhere Temperatur als das zweite Fluid auf, wobei es sich bei dem ersten Fluid bevorzugt um ein Gas, insbesondere um ein Abgas eines Verbrennungsprozesses, und besonders bevorzugt um das Abgas eines Kraftfahrzeugmotors handelt. Vorzugsweise liegt die Temperatur des ersten Fluids beim Eintritt in den Wärmetauscher über der Temperatur des zweiten Fluids beim Eintritt in den Wärmetauscher, vorzugsweise 100°C bis 1.000°C über der Temperatur des zweiten Fluids, bevorzugt 300°C bis 900°C über der Temperatur des zweiten Fluids und besonders bevorzugt 500°C bis 800°C über der Temperatur des zweiten Fluids.
Beim dem zweiten Fluid handelt es sich 'vorzugsweise um eine Flüssigkeit, bevorzugt um ein Kältemittel, und besonders bevorzugt um Kühlwasser, insbesondere das Kühlwasser eines Kraftfahrzeugkühlkreislaufes.
Besonders bevorzugt ist die Korrosions-, Oxidations- und/oder die Tempe- raturbeständigkeit des ersten Verbindungsmaterials höher als die Korrosions-, Oxidations- und/oder Temperaturbeständigkeit des zweiten Verbindungsmaterials. Insbesondere ist die Korrosionsbeständigkeit des ersten Verbindungsmaterials gegenüber Feuchtigkeit, Schwefelverbindungen, Kohlenstoffverbindungen und insbesondere deren Säuren höher als die des zweiten Verbindungsmaterials.
Bei den stoffschlüssigen Verbindungen einer Wärmetauschervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung handelt es sich vorzugsweise um Verbindungen, welche durch Löten, bevorzugt Hartlöten und besonders bevorzugt durch Hochtemperaturlöten hergestellt werden. Vorzugsweise ist dabei das erste Verbindungsmaterial aus einer Gruppe ausgewählt, welche Nickellot (Ni-Lot), Goldlot (Au-Lot), Kobaltlot (Co-Lot) und dergleichen enthält. Insbe- • sondere enthält die Gruppe, aus der das erste Verbindungsmaterial ausgewählt ist, auch weitere Lote, welche Legierungen der Metalle Nickel (Ni), Sil- ber (Ag), Gold (Au) oder Kobalt (Co) enthalten, wobei diese Metalle einen wesentlichen Bestandteil der jeweiligen Legierungen darstellen.
Ein besonders bevorzugtes Nickellot weist neben Nickel als wesentlichen Bestandteil zudem als Nebenbestandteile 0 - 25 Gew.-% Chrom, 0 - 10 Gew.-% Silizium, 0 - 85 Gew.-% Bor, 0 - 11 Gew.-% Phosphor auf. Weitere Nickellote weisen zudem noch 0 - 4,5 Gew.-% Eisen und 0 - 16 % Wolfram auf. Besonders bevorzugte Nickellote sind beispielsweise die Lote Ni102, Ni105 oder Ni107.
Ein bevorzugtes Goldlot besteht aus 100 Gew.-% Gold, insbesondere, wenn die Lotschicht chemisch aufgebracht wurde. Weitere Goldlote weisen bis zu 20 Gew.-% Nickel auf.
Das zweite Verwendungsmaterial ist vorzugsweise aus einer Gruppe von Materialien ausgewählt, welche Kupferlot (Cu-Lot), Silberlot (Ag-Lot), Messinglot und dergleichen enthalten. Insbesondere enthält die Gruppe, aus der das zweite Verbindungsmaterial ausgewählt ist, weitere Lote, welche Legierungen, der Metalle Kupfer (Cu), Zink (Zn) oder Silber (Ag) enthalten, wobei diese Metalle einen wesentlichen Bestandteil der jeweiligen Legierung darstellen.
Ein besonders bevorzugtes Kupferlot besteht aus 100 Gew.-% Kupfer, wobei bevorzugt auch weitere Cu-Lote Verwendung finden, welchen bis zu 3 Gew.-% Nickel beigemischt werden. Weitere Kupferlote enthalten bis zu 15 Gew.-% Nickel und/oder bis zu 47 Gew.-% Zink und/oder bis zu 17 Gew.-% Sn und/oder bis zu 13 % P. Derartige Lote werden auch als Messinglote bezeichnet.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung zum Austauschen von Wärme löst die Aufgabe dadurch, dass die Begrenzungselemente und die Trennelemente (Bauelemente) in einem einzigen Fügeprozess stoffschlüssig miteinander verbunden werden. Bei diesem Fügeprozess werden somit die stoffschlüssigen Verbindungen, welche unter Verwendung des ersten Verbindungsmaterials und die stoffschlüssigen Verbindungen, welche unter Verwendung des zweiten Verbindungsmaterials gefertigt werden, in einem einzigen Fügeprozess hergestellt, wobei die Parameter des Fügeprozesses so gewählt sind, dass eine sichere und beständige Verbindung der Bauelemente erfolgt.
Erfindungsgemäß werden die Elemente, also die Trennelemente und/oder zumindest eines der Begrenzungselemente, vor dem Fügeprozess zumin- dest bereichsweise mit dem ersten und/oder dem zweiten Verbindungsmaterial versehen, insbesondere werden die Verbindungsmaterialien auf die Kontaktbereiche der Bauelemente, also auf die Kontaktbereiche zwischen den Trennelementen und den Begrenzungselementen und gegebenenfalls die Anschlussstutzen aufgebracht.
Das Aufbringen der Verbindungsmaterialien erfolgt vorzugsweise durch ein Aufstreichen, Aufrollen oder Aufspritzen des Verbindungsmaterials, insbesondere durch das Aufbringen eines Klebers und anschleißend eines Lötpulvers, einer Paste, einer Folie oder eines Bandes oder durch galvanisches Aufbringen des Verbindungsmaterials oder einem thermischen Sprühpro- zess.
Verbindungsbereiche, bei denen im fertig gefügten Wärmetauscher das den Stoffschluss bildende Material dem Strom des ersten Fluids unmittelbar aus- gesetzt ist, werden dabei mit dem ersten Verbindungsmaterial versehen, wohingegen Verbindungsbereiche, bei denen das den Stoffschluss bildende Material im fertig gefügten Wärmetauscher dem Strom des ersten Fluids nicht oder nicht unmittelbar ausgesetzt ist, mit dem zweiten Verbindungsmaterial versehen werden.
Die mit dem Verbindungsmaterial versehenen Bauelemente werden vor dem Fügeprozess kraft- und/oder formschlüssig derart miteinander verbunden, dass ihre Anordnung zueinander der Anordnung der Bauelemente beim fertig gefügten Wärmetauscher im wesentlichen entspricht. Die kraft- und/oder formschlüssig miteinander verbundenen Bauelemente werden dann dem Fügeprozess zugeführt.
Während des Fügeprozesses werden die mit den Verbindungsmaterialien versehenen Bauelemente, insbesondere die Trennelemente und die Begrenzungselemente, über einen vorgegebenen Zeitraum einer Temperatur zwischen 900°C und 1.300°C, vorzugsweise zwischen 1.000°C und 1.200°C und besonders bevorzugt zwischen 1.050°C und 1.150°C, ausgesetzt. Hierdurch erfolgt während des Fügeprozesses eine Veränderung des auf die Elemente der Wärmetauschereinrichtung aufgebrachten Verbindungsmaterials in der Art, daß das die Verbindungsmaterialien schmelzen und die Bauelemente hierdurch stoffschlüssig dichtend miteinander verbunden werden.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfin- düng erfolgt der Fügeprozess unter einer Schutzgasatmosphäre, wobei das Schutzgas aus einer Gruppe von Gasen ausgewählt ist, die Wasserstoffgas (H2), Stickstoffgas (N2), Argon (Ar), Krypton (Kr), Xenon (Xe) und dergleichen, sowie beliebige Kombinationen hiervon enthält.
Durch die Schutzgasatmosphäre während des Fügeprozesses kann eine unerwünschte Veränderung der Oberfläche bzw. der Struktur des Verbin- duhgsmaterials und/oder der Bauelemente, beispielsweise durch Oxidation, vermieden werden und hierdurch die Qualität der Verbindung, insbesondere die Festigkeit und Dauerbeständigkeit der Verbindung, gewährleistet wer- den.
Im Rahmen des Herstellungsprozesses der erfindungsgemäßen Wärmetauschervorrichtung ist es besonders bevorzugt, den Fügeprozess kontinuierlich durchzuführen, d.h. die kraft- und/oder formschlüssig miteinander verbunde- nen Bauelemente beispielsweise in einem Durchlaufofen, Hubbalkenofen oder dergleichen zu erhitzen. Auf diese Weise können Verzögerungen bei der Fertigung eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers aufgrund der z.T. hohen Prozeßzeiten eines Hochtemperaturlötprozesses in einem Vakuumofen vermieden werden. Ein derartiger kontinuierlicher Fügeprozess wird insbesondere durch die Verwendung eines Schutzgases während des Fü- gens im Durchlaufofen positiv beeinflusst.
' Weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfol- genden detaillierten Beschreibung einer besonders bevorzugten Ausführungsform in Verbindung mit der Zeichnung.
Hierin zeigt: Fig. 1 Eine Explosionsdarstellung eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers;
Fig. 2 eine Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers;
Fig. 3 eine Schnittansicht eines Wärmetauschers gemäß Fig. 2.
Die Figuren 1 bis 3 zeigen erfindungsgemäße Wärmetauscher insbesondere für die Verwendung als Abgaswärmetauscher in einem Kraftfahrzeug.
Die Wärmetauscher weisen erste Begrenzungselemente 1 , welche von einem heißen Abgas durchströmt werden, und ein zweites Begrenzungselement 2, welches von einem flüssigen Kühlmittel durchströmt wird, auf. Die Begrenzungselemente 1 erstrecken sich im wesentlichen parallel zur Haup- terstreckungsrichtung des Begrenzungselementes 2 (nicht dargestellt) und sind innerhalb des Begrenzungselementes 2 angeordnet. Das Abgas tritt bei den Wärmetauschern gemäß Fig. 1 und 2 von rechts in die ersten Begrenzungselemente 1 ein und nach links bzw. nach oben aus. Das Trennelement 3 ist im wesentlichen orthogonal zur Haupterstreckungs- richtung des zweiten Begrenzungselementes 2 angeordnet. Das Trennelement 3 ist in einem vorderen Endbereich mit dem zweiten Begrenzungselement 2 dichtend verbunden, wobei die dichtende Verbindung durch eine stoffschlüssige Verbindung 10 unter Verwendung des ersten oder zweiten Verbindungsmaterials gebildet ist.
Das Trennelement 3 weist Öffnungen auf, die im wesentlichen den Quer- schnitten der ersten Begrenzungselemente 1 entsprechen und in welche die ersten Begrenzungselemente 1 eingesteckt sind, so dass diese in jeweils einem ihrer Endbereiche von dem Trennelement 3 im wesentlichen formschlüssig umgeben werden. Die ersten Begrenzungselemente 1 sind mit dem Trennelement 3 in ihren Endbereichen dichtend verbunden, wobei die dichtende Verbindung durch eine stoffschlüssige Verbindung 11 unter Verwendung des ersten Verbindungsmaterials gebildet wird, da die stoffschlüssige Verbindung 11 der vollen Temperatur des Abgases und der korrosiven Wirkung des Abgaskondensats ausgesetzt ist.
Die gezeigte Wärmetauschervorrichtung weist im Bereich des dem Trennelement 3 gegenüberliegenden hinteren Endes des zweiten Begrenzungselementes 2 ein weiteres Trennelement (nicht dargestellt) auf, wobei das weitere Trennelement von dem Endbereich des zweiten Begrenzungselementes 2 vorzugsweise, ähnlich, wie im vorderen Bereich, im wesentlichen formschlüssig umgeben ist und mit diesem dichtend durch eine stoffschlüssige Verbindung verbunden ist. Ähnlich wie im vorderen Bereich des Wärmetauschers besteht zwischen den ersten Begrenzungselementen 1 und dem weiteren Trennelement eine dichtende Verbindung im hinteren Endbereich der ersten Begrenzungselemente 1 mit dem sie im wesentlichen form- schlüssig umgebenden weiteren Trennelement (nicht dargestellt).
Die in den Figuren 1 und 2 gezeigten Wärmetauscher weisen in ihren hinteren Bereichen ein viertes Begrenzungselement 5 auf. Zwischen dem vierten Begrenzungselement 5 und dem zweiten Begrenzungselement 2 besteht eine dichtende Verbindung, welche als stoffschlüssige Verbindung 12 ausgeführt ist.
Je nachdem, wie stark die korrodierende und/oder oxidierende Wirkung des durch die ersten Begrenzungselemente 1 strömenden Abgases auf die Ver- bindungsmaterialien der stoffschlüssigen Verbindungen zwischen den jeweiligen Trennelementen, den Begrenzungselementen und den jeweiligen Anschlussstutzen ist, und ggf. ob und wie stark die Verbindungsmaterialien der stoffschlüssigen Verbindungen den Abgaskondensaten ausgesetzt sind, können diese stoffschlüssigen Verbindungen unter Verwendung des ersten und/oder zweiten Verbindungsmaterials hergestellt sein.
Das den Stoffschluss bildende Verbindungsmaterial ist im Bereich der stoffschlüssigen Verbindung 12 zwischen dem vierten Begrenzungselement 5 und dem zweiten Begrenzungselement 2 bereits abgekühltem Abgas ausgesetzt, so dass diese dichtende Verbindung unter Verwendung des zweiten Verbindungsmaterials ausgeführt werden kann. Da die korrosive Wirkung des Abgaskondensats jedoch weiterhin bestehen kann, ist auch hier die Verwendung des ersten Verbindungsmaterials bevorzugt.
Fig. 1 zeigt das dritte Begrenzungselement 4 in einer von dem zweiten Begrenzungselement 2 abgesetzten Darstellung. Das dritte Begrenzungselement 4 berührt den Endbereich des zweiten Begrenzungselementes 2 im wesentlichen formschlüssig, wobei es mit dem zweiten Begrenzungselement 2 durch den Fügeprozess stoffschlüssig dichtend verbunden wird. Je nachdem, wie stark das den Stoffschluss bildende Material im Bereich der Verbindung zwischen dem dritten Begrenzungselement 4 und dem zweiten Begrenzungselement 2 dem Abgas ausgesetzt ist, wird die stoffschlüssige Verbindung 12 zwischen dem dritten Begrenzungselement 4 und dem zweiten Begrenzungselement 2 unter Verwendung des ersten oder zweiten Verbindungsmaterials hergestellt.
Die dritte Begrenzungseinrichtung 4 sowie die vierte Begrenzungseinrichtung 5 sind mit ersten und zweiten Anschlussflanschen 6, 7 dichtend ver- bunden. Die dichtende Verbindung zwischen dem ersten und zweiten Anschlussstutzen 6, 7 und dem dritten bzw. vierten Begrenzungselement 4, 5 ist als eine stoffschlüssige Verbindung 13 bzw. 14 ausgebildet. Die stoffschlüssigen Verbindungen 13 und 14 können geschweißt oder gelötet sein, wobei in letztem Fall die Verwendung des zweiten Verbindungsmaterials aus Kostengründen und weil die Verbindungen dem Strom des ersten Fluids nicht unmittelbar ausgesetzt sind, bevorzugt ist.
Das zweite Begrenzungselement 2 weist in seinem hinteren unteren sowie in seinem vorderen oberen Bereich dritte und vierte Anschlussstutzen 8 bzw. 9 auf, die mit dem zweiten Begrenzungselement 2 dichtend verbunden sind. Die dichtenden Verbindungen zwischen den Anschlussstutzen 8, 9 und dem zweiten Begrenzungselement 2 sind als stoffschlüssige Verbindungen 15, 16 ausgeführt, wobei das den Stoffschluss bildende Material das zweite Verbin- dungsmaterial ist, da es dem Strom des Abgases nicht ausgesetzt ist und somit keine erhöhten Anforderungen hinsichtlich einer Korrosions- bzw. Oxi- dationsbeständigkeit an das Verbindungsmaterial im Bereich der Verbindungen 15, 16 gestellt sind.
Das den Wärmetauscher durchströmende Abgas strömt durch den Anschlussstutzen 6, der mit dem dritten Begrenzungselement 4 verbunden ist, in den von dem dritten Begrenzungselement gebildeten ersten Diffusorraum ein und aus diesem durch die ersten Begrenzungselemente 1 , welche in Form von Rechteckrohren ausgeführt sind, aus. Nachdem das Abgas die ersten Begrenzungselemente 1 entlang erster Strömungswege durchströmt hat, gelangt es im hinteren Bereich des Wärmetauschers in die von dem vierten Begrenzungselement 5 begrenzte zweite Diffusorkammer und strömt aus dieser durch den zweiten Anschlussflansch 7 aus.
Das Kühlmittel durchströmt den dargestellten Wärmetauscher zumindest teilweise in einer zur Strömungsrichtung des Abgases im wesentlichen parallelen oder aber in einer entgegengesetzt parallelen Strömungsrichtung.
Für den Fall der parallelen Strömung des Kühlmittels bezüglich des Abgases strömt das Kühlmittel durch den vierten Anschlussstutzen 9, welcher mit dem zweiten Begrenzungselement 2 strömungsverbunden ist, in den von dem zweiten Begrenzungselement begrenzten zweiten Strömungsweg ein und durch den dritten Anschiussstutzen 8 wieder aus diesem aus. Für den Fall der entgegengesetzt parallelen Strömung des Kühlmittels bezüglich des Abgases strömt das Kühlmittel durch den dritten Anschlussstutzen 8 in den zweiten Strömungsweg ein. Im vorderen Bereich des Wärmetauschers tritt das Kühlmittel, nachdem es bei seinem Strom durch das zweite Begrenzungselement Wärme vom Abgas aufgenommen hat, durch den vierten Anschlussstutzen 9, welcher- mit dem zweiten Begrenzungselement 2 strömungsverbunden ist, wieder aus dem zweiten Strömungsweg aus.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zum Austauschen von Wärme, insbesondere für ein Kraft- fahrzeug mit: a) wenigstens einem ersten Strömungsweg für ein erstes Fluid, der von wenigstens einem ersten Begrenzungselement (1 ) zumindest teilweise begrenzt wird; b) wenigstens einem zweiten Strömungsweg für ein zweites Fluid, der von wenigstens einem zweiten Begrenzungselement (2) zumindest teilweise begrenzt wird; c) wenigstens einem ersten Diffusorraum, der von wenigstens einem dritten Begrenzungselement (4) zumindest teilweise begrenzt wird und welcher dem ersten Strömungsweg vorgeschaltet ist, wobei der erste Diffusorraum mit wenigstens einem ersten Anschlussstutzen (6) strömungsverbunden ist, durch den das erste Fluid in den ersten Diffusorraum einströmt; d) wenigstens einem zweiten Diffusorraum, der von wenigstens einem vierten Begrenzungselement (5) zumindest teilweise begrenzt ' wird und welcher dem ersten Strömungsweg nachgeschaltet ist, wobei der zweite Diffusorraum mit wenigstens einem zweiten Anschlussstutzen (7) strömungsverbunden ist, durch den das erste Fluid aus dem Diffusorraum ausströmt; e) wenigstens einem dritten und einem vierten Anschlussstutzen (8, 9), welche mit dem zweiten Strömungsweg strömungsverbunden sind, und durch welche das zweite Fluid dem zweiten Strömungsweg zu- bzw. aus diesem abgeführt wird;
f) wenigstens ein Trennelement (3), welches einen Eintritt des ersten Fluids in den zweiten Strömungsweg bzw. des zweiten Fluids in den ersten Strömungsweg im wesentlichen verhindert;
g) wobei das Trennelement (3) mit dem ersten und zweiten Begrenzungselement (1 , 2) dichtend verbunden ist (10, 11) und wobei das dritte Begrenzungselement (4) mit dem ersten oder zweiten Begrenzungselement (2) und/oder dem Trennelement (3) dichtend verbunden ist;
h) wobei zwischen dem ersten und dem zweiten Fluid ein Austausch von Wärme stattfindet,
dadurch gekennzeichnet, dass
die dichtenden Verbindungen (10, 11 ) stoffschlüssige Verbindungen sind,
wobei zumindest die Verbindungen, bei denen das den Stoffschluß bildende Material dem Strom des ersten Fluids im wesentlichen unmittelbar ausgesetzt ist, aus einem ersten Verbindungsmaterial bestehen, und
Verbindungen, bei denen das den Stoffschluß bildende Material dem
Strom des ersten Fluids nicht oder nicht unmittelbar ausgesetzt ist, aus einem zweiten Verbindungsmaterial bestehen, und
die Zusammensetzungen des ersten und des zweiten Verbindungsmaterials voneinander verschieden sind.
2. Vorrichtung zum Austauschen von Wärme gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das vierte Begrenzungselement (5) mit dem ersten oder zweiten Begrenzungselement (2) und/oder einem weiteren Trennelement dichtend verbunden ist.
3. Vorrichtung zum Austauschen von Wärme einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und/oder das zweite Begrenzungselement den ersten bzw. zweiten Strömungsweg gegenüber der Umgebung im wesentlichen abschließen.
4. Vorrichtung zum Austauschen von Wärme gemäß einem der vorste- henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptausdehnungsrichtung des ersten Begrenzungselements (1 ) zur Hauptausdehnungsrichtung des zweiten Begrenzungselementes (2) im wesentlichen parallel verläuft.
5. Vorrichtung zum Austauschen von Wärme gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Begrenzungselement (1 ) zumindest teilweise innerhalb des zweiten Begrenzungselementes (2) insbesondere im zweiten Strömungsweg angeordnet ist.
6. Vorrichtung zum Austauschen von Wärme gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trennelement (3) ein Rohrboden und das erste und zweite Begren- zungselement (1 , 2) jeweils ein Rohr ist.
7. Vorrichtung zum Austauschen von Wärme gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Begrenzungselement (1 ) von dem Trennelement (3) zumindest bereichsweise umschlossen ist, vorzugsweise in einem endseitigen Abschnitt umschlossen ist.
8. Vorrichtung zum Austauschen von Wärme gemäß einem der vorste- henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trennelement (3) zumindest von einem Teilbereich des zweiten Begrenzungselementes (2) umschlossen ist, vorzugsweise von einem endseitigen Abschnitt des zweiten Begrenzungselementes (2) umschlossen ist oder stirnseitig auf diesem aufliegt oder dass das Trennelement (3) zumindest einen Teilbereich des zweiten Begrenzungselementes (2) umschließt, vorzugsweise den endseitigen Abschnitt des zweiten Begrenzungselementes (2) umschließt.
9. Vorrichtung zum Austauschen von Wärme gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das dritte Begrenzungselement (4) und/oder das vierte Begrenzungselement (5) mit dem ersten bzw. dem zweiten Anschlussstutzen (6, 7) dichtend, insbesondere stoffschlüssig verbunden ist.
10. Vorrichtung zum Austauschen von Wärme gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte und/oder vierte Anschlussstutzen (8, 9) mit dem zweiten Begrenzungselement (2) unter Verwendung des zweiten Verbindungsmaterials dichtend verbunden ist (15, 16).
11. Vorrichtung zum Austauschen von Wärme gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Fluid eine höhere Temperatur aufweist, als das zweite Fluid.
12. Vorrichtung zum Austauschen von Wärme gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Fluid ein Gas, bevorzugt ein Abgas eines Verbrennungsprozesses ist.
13. Vorrichtung zum Austauschen von Wärme gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Fluid eine Flüssigkeit, bevorzugt ein Kältemittel, und besonders bevorzugt Kühlwasser ist.
14. Vorrichtung zum Austauschen von Wärme gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Verbindungsmaterial korrosions- und/oder oxidationsbestän- diger ist, als das zweite Verbindungsmaterial.
15. Vorrichtung zum Austauschen von Wärme gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die stoffschlüssige Verbindung durch Löten, bevorzugt Hartlöten, und besonders bevorzugt Hochtemperaturlöten hergestellt ist.
16. Vorrichtung zum Austauschen von Wärme gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Verbindungsmaterial aus einer Gruppe ausgewählt ist, welche Nickellot (Ni-Lot), Goldlot (Au-Lot), Kobaltlot (Co-Lot) und dergleichen, insbesondere weitere Lote, welche Legierungen der Metalle Nickel (Ni), Silber (Ag), Gold (Au) oder Kobalt (Co) enthalten wobei diese Metalle einen wesentlichen Bestandteil der jeweiligen Legierung darstellen, enthält.
17. Vorrichtung zum Austauschen von Wärme gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Verbindungsmaterial aus einer Gruppe von Materialien ausgewählt ist, welche Kupferlöt (Cu-Lot), Silberlot (Ag-Lot), Messinglot und dergleichen, insbesondere weitere Lote, welche Legierungen der Metalle Kupfer (Cu), Zink (Zn) oder Silber (Ag) enthalten wobei diese Metalle einen wesentlichen Bestandteil der jeweiligen Legierung dar- stellen, enthält.
18. Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung zum Austausch von Wärme gemäß einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass a) die Bauteile des Wärmetauschers, insbesondere das Trennelement (3), die Begrenzungselemente (1 , 2, 4, 5) sowie die Anschlussstutzen (6, 7, 8, 9) im Rahmen eines einzigen Fügeprozesses stoffschlüssig miteinander verbunden werden;
b) wobei das Trennelement (3) und/oder zumindest eines der Begrenzungselemente (1 , 2, 4, 5) vor dem Fügeprozess zumindest bereichsweise mit dem ersten und/oder dem zweiten Verbindungsmaterial versehen werden; und c) wobei das Trennelement (3) und die Begrenzungselemente (1 , 2, 4, 5) sowie die Anschlussstutzen (6, 7, 8, 9) vor dem Fügeprozess form- und/oder kraftschlüssig miteinander verbunden und dem Fügeprozess zugeführt werden.
19. Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung zum Austausch von Wärme gemäß Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Trennelement und die Begrenzungselemente während des Füge- prozesses über einen vorgegebenen Zeitraum einer Temperatur zwischen 900°C und 1.300°C, vorzugsweise zwischen 1000°C und 1.200°C und besonders bevorzugt zwischen 1.050°C und 1.150°C ausgesetzt werden.
20. Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung zum Austausch von Wärme gemäß einem der Ansprüche 18 oder 19,
, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zum Austausch von Wärme zum Zwecke des Fügeprozesses mittels eines Transportmechanismus durch zumindest eine ge- heizte Zone verbracht wird.
1. Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung zum Austausch von Wärme gemäß Anspruch 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Fügeprozess unter einer Schutzgasatmosphäre erfolgt, wobei das Schutzgas aus einer Gruppe von Gasen ausgewählt ist, die H2 (Wasserstoff-Gas), N2 (Stickstoff-Gas), Ar (Argon), Kr (Krypton), Xe (Xenon) und dergleichen, sowie beliebige Kombinationen hiervon, enthält.
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