WO2005052490A1 - Flow channel for a heat exchanger, and heat exchanger comprising such flow channels - Google Patents

Flow channel for a heat exchanger, and heat exchanger comprising such flow channels Download PDF

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WO2005052490A1
WO2005052490A1 PCT/EP2004/010516 EP2004010516W WO2005052490A1 WO 2005052490 A1 WO2005052490 A1 WO 2005052490A1 EP 2004010516 W EP2004010516 W EP 2004010516W WO 2005052490 A1 WO2005052490 A1 WO 2005052490A1
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flow channel
structural elements
channel according
flow
rows
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PCT/EP2004/010516
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Peter Geskes
Rainer Lutz
Ulrich Maucher
Martin Schindler
Michael Schmidt
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Behr Gmbh & Co. Kg
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Publication date
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Priority to ES04786965.6T priority patent/ES2496943T3/en
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    • F28F3/04—Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations the means being integral with the element
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F28F13/12—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by affecting the pattern of flow of the heat-exchange media by creating turbulence, e.g. by stirring, by increasing the force of circulation
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    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • 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

Definitions

  • the invention relates to a flow channel of a heat exchanger through which a medium can flow in a flow direction.
  • the invention also relates to a heat exchanger with flow channels according to the preamble of claim 40.
  • Flow channels for heat exchangers are from a first medium, for. B. flows through an exhaust gas or a liquid coolant and delimit this first medium from a second medium to which the heat of the ⁇ first medium is to be transferred.
  • Flow channels of this type can be tubes with a round cross section, rectangular tubes, flat tubes or pairs of disks in which two plates or disks are connected at the edge.
  • the media that are in heat exchange with each other are different, e.g. B. flows in the tubes a hot, soot-laden exhaust gas, and on the outside the exhaust pipes are flowed around by a liquid coolant, which results in different heat transfer conditions on the inside and the outside of the pipes.
  • a heat exchanger in particular a coolant / air cooler with flat tubes and corrugated fins, in which the flat sides of the flat tubes have a structure consisting of structural elements.
  • the structural elements are elongated, arranged in a V-shape in rows transversely to the coolant flow direction or transversely to the longitudinal axis of the tubes and act as eddies to increase the heat transfer on the coolant side.
  • the vortex generators are embossed in both opposite pipe walls and protrude inwards into the coolant flow.
  • the rows of vortex generators on one flat tube side are offset in the flow direction compared to the rows on the other flat tube side. This also makes it possible to dimension the inwardly projecting height of the vortex generators to be greater than half the inside width of the flat tube cross section.
  • EP-A 1 061 319 has disclosed a flat tube for a motor vehicle radiator, which has a structure on its flat sides which consists of individual elongate structural elements arranged in rows.
  • the structural elements which are arranged in rows in particular, are essentially opposite one another on the one and the other side of the flow channel, that is to say seen in the flow direction, are each arranged approximately at the same height.
  • the opposing structural elements or rows can also be offset from one another in the direction of flow, but only to the extent that there is still an overlap.
  • Structural elements that protrude from one and the other heat exchanger surface and protrude into the flow channel thus simultaneously intervene in the flow and cause a swirling of the flow, which results in an improvement in the heat transfer on the inside of the flow channel.
  • a soot deposits prevented.
  • the pressure loss is kept within reasonable limits.
  • the flow within the flow channel is thus disturbed from both sides at the same time, ie both boundary layers are detached at the same time, which leads to a particularly strong turbulence.
  • the opposing structural elements or rows of structural elements can also be located on the outside of the flow channel - on the coolant side in the case of an exhaust gas cooler.
  • a row with structural elements is formed by one or more structural elements which are arranged essentially next to one another in the direction of flow P.
  • a row can also be formed by a single structural element, next to which, for example, no further structural elements are arranged.
  • the structural elements can be straight or curved, ie with a constant or variable outflow angle to the flow direction.
  • the change in the outflow angle from a relatively large inflow angle to the outflow angle results in a “gentle” deflection of the flow and thus a somewhat reduced pressure loss.
  • the structural elements can be arranged offset within a row, ie the Although structural elements are arranged in a row running transversely to the flow direction, they are staggered in the flow direction, which also results in the advantage of a lower pressure loss.
  • opposite rows ie one or the other side of the flat tube
  • can be staggered in the flow direction but there is always an overlap between the two rows. direction, there is less pressure loss. If the opposite structures touch and are connected by welding or soldering, the strength can be increased.
  • the structural elements are not arranged in a row at uniform intervals; rather, these rows have gaps which are opposite structural elements on the opposite side and thus “fill” these gaps - in plan view. This also gives the advantage achieved a lower pressure drop.
  • knobs and / or webs can also be stamped outwards or inwards (viewed in flow direction P) in order to achieve a "support” and thus an increase in strength.
  • the structures that produce vortices can also assume this function in whole or in part.
  • the essentially opposite heat transfer surfaces and in particular the structural elements arranged thereon are curved.
  • the advantages according to the invention are achieved in particular in the case of tubes with a circular or oval cross section.
  • the essentially opposite heat transfer surfaces are primary thermal surfaces.
  • the heat transfer surfaces are thermal secondary surfaces, which are formed in particular by ribs, webs or the like, preferably soldered, welded or clamped to the flow channel.
  • the height h of the structural elements is in the range from 2 mm to 10 mm, in particular in the range from 3 mm to 4 mm, preferably around 3.7 mm.
  • the flow channel is rectangular and has a width b which is in particular in the range from 5 mm to 120 mm, preferably in the range from 10 mm to 50 mm.
  • a hydraulic diameter of the flow channel is in the range from 3 mm to 26 mm, in particular in the range from 3 mm to 10 mm.
  • At least one, in particular each row of structural elements comprises a plurality of structural elements.
  • the aforementioned flow channels are provided as flat, round, oval or rectangular tubes of a heat exchanger, advantageously an exhaust gas heat exchanger.
  • the arrangement of the structural elements according to the invention that is to say advantageously their embossing into the inner tube walls, results in an increase in the performance of the heat exchanger.
  • the structural elements arranged in rows for exhaust gas heat exchangers are particularly advantageous because soot deposits are also avoided in the interior of the flat tubes.
  • a coolant flows around the outside of the exhaust gas pipes, which coolant circuit is taken from the coolant circuit of the internal combustion engine emitting the exhaust gases. It is also possible for the structures to be embossed in plates or disks in order to use them to produce heat exchangers. Exemplary embodiments of the invention are shown in the drawings and are described in more detail below. Show it
  • FIGS. 2a, b, c show a cross section of flow channels
  • FIG. 4 shows a half-shell of the flat tube according to FIG. 3,
  • FIG. 1 shows a simplified representation of a flow channel 1, which is designed as a rectangular tube, has a rectangular inlet cross section 2, two opposite flat sides F1, F2 and two opposite narrow sides S1, S2.
  • the channel 1 is from a flow medium, for. B. flows through an exhaust gas in the direction of arrow P.
  • V-shaped vortex generators 3a, 3b, 4a, 4b are arranged on the lower flat side F2, which produce increased turbulence of the flow by generating vortices and at the same time prevent soot deposition in the case of an exhaust gas flow.
  • This representation corresponds to the prior art mentioned at the beginning.
  • the vortex generators 3a, 3b and 4a, 4b which are arranged in pairs in a V-shape and widen in the direction of flow, are also referred to as winglets.
  • 2a shows the cross section of a flow channel 1 designed as a flat tube, in which winglet pairs 5a, 5b and 6a, 6b are arranged both on the upper flat side F1 and on the lower flat side F2.
  • the channel cross section has a channel height H and a channel width b.
  • the winglets 5a, 5b, 6a, 6b have a height h projecting into the channel cross section. This arrangement of winglets also corresponds to the prior art mentioned at the beginning.
  • the designations F1, F2 also apply to the following exemplary embodiments according to the invention.
  • FIG. 2b shows the cross section of a flow channel 1 ′ designed as a round tube, in which structural elements 13 ′ and 13 are arranged both on the upper flat side F1 and on the lower flat side F2.
  • the channel cross section has a channel height H.
  • FIG. 2c shows the cross section of a flow channel 1 designed as a flat tube, in which the heat transfer surfaces F1, F2 represent secondary surfaces in terms of heat technology, since they do not directly transfer heat from one medium to the other.
  • the heat transfer surfaces have structural elements 13, 13 '.
  • Fig. 3 shows a flow channel according to the invention, which is designed as a flat tube 7, which is partially shown in a plan view.
  • the flat tube 7 has a longitudinal axis 7a, a width b and two rows 8, 9 of structure elements or winglets 10, 11 arranged in a V-shape, each of which is embossed both in the top side F1 and in the bottom side F2 of the flat tube 7, and with the same pattern, so that the winglet row above coincides with the row below.
  • Eight winglets are arranged in a row, evenly distributed over the entire width b - however, there can also be six or seven winglets with the same width.
  • the number of winglets can also be below six wider pipes or discs / plates also above eight.
  • the two rows 8, 9 are at a distance s from one another which is measured from center to center and is approximately 2 to 6 times the length of the winglets. There is a smooth area between the individual rows, in which support structures are stamped, for example.
  • the rows of winglets extend over the entire length of the flat tube 7, in each case with the distance s, on both sides of the flat tube 7.
  • the half-shell 7b has a base F2 and two side legs 7c, 7d, with winglets on the base and the underside F2 11 'arranged, i. H. are stamped into the pipe wall.
  • the upper half-shell is not shown; it is a mirror image and is longitudinally welded to the lower half-shell 7b on the side legs 7c, 7d.
  • the winglets 1 ′ have a height h with which they protrude into the clear cross-sectional area of the flat tube 7.
  • the tube can also be made from sheet metal that is formed and welded on one side.
  • the width b of the flat tube is 40 mm or 20 mm
  • the total height of the flat tube is approximately 4.5 mm
  • the height h of the winglets is approximately 1.3 mm.
  • the clear cross-sectional height of 1.4 mm for a core flow remains as a result of the winglets, each 1.3 mm high, projecting into the channel cross section from both sides.
  • the distance s between the rows is approx. 20 mm.
  • the flat tube 7 is preferably used for exhaust gas heat exchangers known per se (not shown), that is to say exhaust gas from an internal combustion engine of a motor vehicle flows through on the inside and exhaust gas from a coolant circuit of the internal combustion engine flows through on the outside. engine cooled.
  • the outside of the flat tubes 7 - as is known from the prior art - can be smooth and can be kept at a distance from adjacent tubes, for example by embossed knobs. However, it is also possible to provide 7 ribs on the outside of the flat tubes to improve the heat transfer on the coolant side.
  • FIGS. 5a, 5b, 5c and 5d show individual structural elements which are provided for a structure according to the invention on the flow channels.
  • 5a shows an elongated structural element 13 with a longitudinal axis 13a, which forms an angle ⁇ , the outflow angle, with a reference line q.
  • the direction of flow for all representations 5a to 5d is the same in each case and represented by an arrow P.
  • the reference line q runs perpendicular to the flow direction P.
  • the structural element 13 has a length L and a width B. The latter can be constant or variable, i. H. towards P increasingly.
  • FIG. 5b shows an elongated but angled structural element 14 with two longitudinal axes 14a, 14b which are inclined towards one another and which each enclose an angle ⁇ and ⁇ with the reference line q, ⁇ is referred to here as the inflow angle and ⁇ as the outflow angle.
  • the flow according to arrow P is thus diverted in two stages, i. H. only slightly at first and then stronger. This results in a lower pressure drop - in comparison to a structural element according to FIG. 5a with the same outflow angle ⁇ .
  • the length of the structural element 14 along the longitudinal axes 14a, 14b is designated by L.
  • 5c shows an arcuate structural element 15 with a curved longitudinal axis 15a, which corresponds to an arc of a circle with the radius R.
  • the upstream angle is called the incident angle ß and the downstream the downward angle is referred to as the outflow angle ⁇ .
  • This continuously increasing deflection of the flow also results in a lower pressure loss - in comparison to the structural element 13 according to FIG. 5a.
  • the length of the structural element 15 along the longitudinal axis 15a is designated by L.
  • FIG. 5d shows a further embodiment of a structural element 16, which is of approximately Z-shaped design and also has a Z-shaped longitudinal axis 16a.
  • the inflow angle is designated by ⁇ , the outflow angle by ⁇ , it corresponds to a flow deflection of (90 ° - ⁇ ), which takes place in the central region of the structural element 16.
  • the inflow and outflow of this structural element occurs practically in the flow direction P. This results in a particularly low-pressure deflection of the flow.
  • the length of the structural element along the longitudinal axis 16a is designated by L.
  • 6a, 6b, 6c, 6d, 6e, 6f, 6g, 6h show arrangement patterns of the structural elements 13 according to FIG. 5a, namely in rows on a section of a flow channel. In the case of exemplary embodiments that are not shown, only individual structural elements lie opposite one another.
  • FIG. 6a shows the elongated structural elements 13 each arranged in two rows 17, 18, which are at a distance s in the flow direction P.
  • the structural elements 13 shown in solid lines are embossed in the upper side F1 of the flow channel.
  • Structured elements 13 ', shown broken, are also arranged in rows 19, 20 in the lower heat exchanger surface or side F2 of the flow channel.
  • the rows are shown by dashed lines.
  • the structural elements 13 'on the lower surface F2 are oriented opposite to the structural elements 13 on the upper surface F1, ie they have an opposite outflow angle ⁇ (cf. FIG. 5a).
  • the rows 19, 20 are offset from the rows 17, 18 in the direction of flow P, namely by the amount f.
  • the structural elements 13 and 13 'and the associated rows 17, 18, 19, 20 each have a depth T, ie an extension in the flow direction P.
  • the offset f is smaller than the depth T, so that between the rows 18, 20 or 17, 19 an overlap Ü remains, which results from the difference between T and f.
  • An offset of the rows 17, 19 or 18, 20 lying opposite each other advantageously results in a lower pressure loss than in rows without an offset.
  • FIG. 6b shows another pattern of structural elements 13 arranged in rows in a row 21 and a row 22 with different outflow angles ⁇ (not shown).
  • the structural elements 13 in solid lines are embossed in the upper side F1 of the flow channel.
  • On the lower surface F2 of the flow channel, in the flow direction P, structural elements 13 'shown in dashed lines at the same height are arranged with opposite orientations, so that an upper structural element 13 and an opposite lower structural element 13' each appear as a cross in plan view.
  • the upper row with structural elements 13 is thus not offset from the lower row with structural elements 13 '; the overlap Ü is 100%.
  • 6c to 6h show further arrangement patterns of the structural elements 13, 13 'on the upper (shown in solid lines) and the lower (shown in broken lines) side F1, F2 of the flow channel.
  • 6h also shows support elements 13 ′′ on the outside of the flow channels, which in this exemplary embodiment are arranged adjacent to the structural elements 13, 13 ′ and in particular within the rows formed by the structure elements 13, 13 ′.
  • the support elements in FIG For a desired support of the respective flow channel, the support elements 13 "advantageously have a height which corresponds to the desired distance between two flow channels or between the respective flow channel and a housing wall of a heat exchanger.
  • FIGS. 7a and 7b show further variants for the arrangement of the structural elements 13 in rows.
  • FIG. 7a shows a section of a flow channel with two rows 23, 24 of structural elements 13 arranged in a V-shape on the top side F1.
  • the structural elements 13 are not arranged next to one another at constant intervals, rather they have gaps 25, 26, 27, which, however, are filled on the underside F2 by structural elements 13 ', so that in the top view there is a continuous, uniform arrangement of structural elements 13 and 13 'results.
  • This arrangement of "incomplete" rows 23, 24 and the corresponding rows on the underside results in a lower pressure drop for the flow in the direction P, because the structural elements - seen in the width direction - only engage in the flow alternately from above and below.
  • FIG. 7b shows a similar, incomplete arrangement of parallel aligned structural elements 13 on the top side F1 in rows 28, 29.
  • the gaps between the structural elements 13 are in turn filled by structural elements 13 ′ on the underside F2, the structural elements 13 opening up the top side F1 and the structural elements 13 'on the bottom side F2 to form a zigzag arrangement in the top view.
  • This arrangement is also relatively low in pressure loss.
  • FIG. 8 shows a further embodiment for the arrangement of structural elements 13 and 13 'in two rows 30, 31 on the top side F1.
  • the structural elements 13 of the row 30 and the structural elements 13 'of the opposite row (on the underside F2) are arranged in parallel and at the same distance from one another.
  • the structural elements 13 can likewise be replaced by structural elements 14 (in FIG. 5b), 15 (FIG. 5c) or 16 (FIG. 5d). It would also be possible to use different structural elements, e.g. B. 13 and 14 to use.
  • 9a, 9b, 9c, 9d show variants of the structural elements 13, 14, 15, 16 by mirroring: This results in so-called winglet pairs 32, 33, 34, 35, a minimum distance a being provided between two structural elements ,
  • the direction of flow is generally in the direction of arrow P, the flow to the winglet pairs conventionally taking place at the narrowest point a.
  • These winglet pairs can be arranged side by side in rows, e.g. B. as in Figures 6 to 8.
  • 10a, 10b, 10c, 10d show further variations of the structural elements 13, 14, 15, 16 by parallel displacement. This results in double elements 36, 37, 38, 39 with equal distances a on the inflow and outflow side, the z. B. can be integrated into the structures according to FIGS. 6 to 8.
  • the structural elements of a row above and / or below do not necessarily have the same geometric shape or dimensions, as is shown by way of example with four structural elements in FIG. 11a. Rather, as shown in FIG. 11 b, the structural elements can be arranged with an offset f in the flow direction P.
  • FIG. 11c the outflow angles of the structural elements 13 vary, and in FIG. 11d the lengths L1, L2 of the structural elements 13 vary.
  • a combination (not shown) of the variants according to FIGS. 11b, 11c, 11d is also possible. These variations can also occur in the upper and / or lower surface F1 or F2.
  • FIG. 12a shows a further structural element 43, which is designed as an angle with two straight legs 43a, 43b, which are connected at their apex by an arc 43c.
  • this structural element 43 represents a modification of the pair of winglets 32 according to FIG. 9a.
  • the inflow preferably takes place in the direction of the apex 43c, corresponding to the arrow P.
  • FIG. 12b shows a further modification of the pair of structural elements 34 according to FIG. 9c, namely a structural element 44 with two curved legs 44a, 44b, which are connected at the apex by an arc 44c.
  • the structural element 44 which is likewise flowed toward in the direction of the apex 44c in accordance with the arrow P, initially causes a slight flow deflection, which is then reinforced due to the legs 44a, 44b that are curved into the flow.
  • the elements according to FIGS. 12a and 12b can be used in all the arrangements shown above, where two structures arranged in a V-shape can be found again.

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Abstract

The invention relates to a flow channel of a heat exchanger with two parallel heat transfer areas (F1, F2) that are arranged at a distance corresponding to a channel height H. Each heat transfer area (F1, F2) is provided with a structure that is formed by a plurality of structural elements which are placed next to each other in rows running perpendicular to the direction of flow P and extend into the flow channel. Each structural element has a width B, a length L, a height h, a flow-off angle a, and an overlap U while being provided with a longitudinal axis.

Description

BEHR GmbH & Co. KG Mauserstraße 3, 70469 Stuttgart BEHR GmbH & Co. KG Mauserstrasse 3, 70469 Stuttgart
Strömungskanal für einen Wärmeübertrager und Wärmeübertrager mit derartigen StrömungskanälenFlow channel for a heat exchanger and heat exchanger with such flow channels
Die Erfindung betrifft einen von einem Medium in einer Strömungsrichtung durchströmbaren Strömungskanal eines Wärmeübertragers nach dem Ober- begriff des Patentanspruches 1. Darüber hinaus betrifft die Erfindung einen Wärmeübertrager mit Strömungskanälen nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 40.The invention relates to a flow channel of a heat exchanger through which a medium can flow in a flow direction. The invention also relates to a heat exchanger with flow channels according to the preamble of claim 40.
Strömungskanäle für Wärmeübertrager werden von einem ersten Medium, z. B. einem Abgas oder einem flüssigen Kühlmittel durchströmt und grenzen dieses erste Medium gegenüber einem zweiten Medium, auf welches die Wärme des^ ersten Mediums übertragen werden soll, ab. Derartige Strömungskanäle können Rohre mit rundem Querschnitt, Rechteckrohre, Flachrohre oder auch Scheibenpaare sein, bei welchen zwei Platten oder Schei- ben randseitig verbunden sind. Meistens sind die Medien, die miteinander in Wärmeaustausch stehen, verschieden, z. B. strömt in den Rohren ein heißes, mit Rußpartikeln beladenes Abgas, und auf der Außenseite werden die Abgasrohre von einem flüssigen Kühlmittel umströmt, was unterschiedliche Wärmeübertragungsverhältnisse auf der Innen- und der Außenseite der Rohre zur Folge hat. Man hat daher, insbesondere für Abgasrohre vorgeschlagen, auf deren Innenseite V-förmig und diffusorartig angeordnete Tur- bulenzerzeuger anzuordnen, die für eine Verwirbelung der Strömung und eine Verbesserung des Wärmeüberganges auf der Abgasseite sorgen sowie gleichzeitig eine Rußablagerung verhindern. Derartige Lösungen für Abgaswärmeübertrager gehen aus folgenden Druckschriften der Anmelderin her- vor: EP-A 677 715, DE-A 195 40 683, DE-A 196 54 367 und DE-A 196 54 368. Diese bekannten Abgaswärmeübertrager weisen Rechteckrohre aus Edelstahl auf, die aus zwei miteinander verschweißten Halbschalen zusammengesetzt sind, in welche die Turbulenzerzeuger, so genannte winglets eingeformt bzw. eingeprägt und hintereinander angeordnet sind. Die winglet- Paare der beiden Halbschalen sind entweder in Längsrichtung der Rohre, d. h. in Strömungsrichtung gegeneinander versetzt (DE 196 54 367, DE 196 54 368) oder einander gegenüber liegend (DE 195 40 683) angeordnet.Flow channels for heat exchangers are from a first medium, for. B. flows through an exhaust gas or a liquid coolant and delimit this first medium from a second medium to which the heat of the ^ first medium is to be transferred. Flow channels of this type can be tubes with a round cross section, rectangular tubes, flat tubes or pairs of disks in which two plates or disks are connected at the edge. Most of the time, the media that are in heat exchange with each other are different, e.g. B. flows in the tubes a hot, soot-laden exhaust gas, and on the outside the exhaust pipes are flowed around by a liquid coolant, which results in different heat transfer conditions on the inside and the outside of the pipes. It has therefore been proposed, especially for exhaust pipes, on the inside of which V-shaped and diffuser-like doors are arranged. Bulence generator to arrange that swirl the flow and improve the heat transfer on the exhaust side and at the same time prevent soot deposition. Such solutions for exhaust gas heat exchangers are derived from the following publications by the applicant: EP-A 677 715, DE-A 195 40 683, DE-A 196 54 367 and DE-A 196 54 368. These known exhaust gas heat exchangers have rectangular tubes made of stainless steel, which are composed of two half shells welded together, into which the turbulence generators, so-called winglets, are molded or stamped and arranged one behind the other. The winglet pairs of the two half-shells are either arranged in the longitudinal direction of the tubes, ie offset from one another in the direction of flow (DE 196 54 367, DE 196 54 368) or opposite one another (DE 195 40 683).
In der DE-A 101 27 084 der Anmelderin wurde ein Wärmeübertrager, insbe- sondere ein Kühlmittel/Luftkühler mit Flachrohren und Wellrippen vorgeschlagen, bei welchen die flachen Seiten der Flachrohre eine aus Strukturelementen bestehende Struktur aufweisen. Die Strukturelemente sind länglich ausgebildet, V-förmig in Reihen quer zur Kühlmittelströmungsrichtung bzw. quer zur Längsachse der Rohre angeordnet und fungieren als Wirbe- lerzeuger, um den Wärmeübergang auf der Kühlmittelseite zu erhöhen. Die Wirbelerzeuger sind in beide sich gegenüber liegenden Rohrwände eingeprägt und ragen nach innen in die Kühlmittelströmung. Die Reihen von Wirbelerzeugern auf einer Flachrohrseite sind in Strömungsrichtung versetzt gegenüber den Reihen auf der anderen Flachrohrseite. Damit ist es auch möglich, die nach innen ragende Höhe der Wirbelerzeuger größer als die halbe lichte Weite des Flachrohrquerschnittes zu bemessen.DE-A 101 27 084 from the applicant proposed a heat exchanger, in particular a coolant / air cooler with flat tubes and corrugated fins, in which the flat sides of the flat tubes have a structure consisting of structural elements. The structural elements are elongated, arranged in a V-shape in rows transversely to the coolant flow direction or transversely to the longitudinal axis of the tubes and act as eddies to increase the heat transfer on the coolant side. The vortex generators are embossed in both opposite pipe walls and protrude inwards into the coolant flow. The rows of vortex generators on one flat tube side are offset in the flow direction compared to the rows on the other flat tube side. This also makes it possible to dimension the inwardly projecting height of the vortex generators to be greater than half the inside width of the flat tube cross section.
Durch die EP-A 1 061 319 wurde ein Flachrohr für einen Kraftfahrzeugkühler bekannt, welches auf seinen flachen Seiten eine Struktur aufweist, die aus einzelnen länglichen, in Reihen angeordneten Strukturelementen besteht.EP-A 1 061 319 has disclosed a flat tube for a motor vehicle radiator, which has a structure on its flat sides which consists of individual elongate structural elements arranged in rows.
Dabei sind in Strömungsrichtung Reihen mit unterschiedlich ausgerichteten Strukturelementen angeordnet, sodass die Strömung im Inneren des Flachrohres etwa zick-zack-förmig umgelenkt wird. Insbesondere sind jedoch die Reihen mit Strukturelementen auf einer Flachrohrseite in Strömungsrichtung versetzt gegenüber den Reihen der gegenüberliegenden Flachrohrseite an- geordnet. Einer Reihe von Strukturelementen liegt also jeweils ein glatter Bereich der Flachrohrinnenwand gegenüber. Die Strömung innerhalb des Kühlmittelrohres wird somit abwechselnd von den Strukturelementen der einen und der anderen Flachrohrseite, nicht jedoch gleichzeitig beeinflusst. Damit soll unter anderem eine Verstopfung der Rohre vermieden werden. Hinsichtlich der Wärmeübertragungsfähigkeit ergeben sich hier noch Potenziale.There are rows with different orientations in the direction of flow Structural elements arranged so that the flow inside the flat tube is deflected approximately zigzag. In particular, however, the rows with structural elements on one flat tube side are arranged offset in the flow direction with respect to the rows on the opposite flat tube side. A row of structural elements is therefore opposite a smooth area of the flat tube inner wall. The flow within the coolant tube is thus alternately influenced by the structural elements of one and the other flat tube side, but not at the same time. This is to avoid, among other things, clogging of the pipes. There is still potential here with regard to heat transfer capability.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Strömungskanal sowie einen Wärmeübertrager der eingangs genannten Art hinsichtlich seiner Wärmeübertragungsfähigkeit zu verbessern, insbesondere Turbulenz- und Wirbelbildung zu erhöhen, wobei der Druckverlust in einem noch vertretbaren Maß ansteigen soll.It is an object of the present invention to improve a flow channel and a heat exchanger of the type mentioned at the outset with regard to its heat transfer capability, in particular to increase turbulence and eddy formation, the pressure loss being intended to increase to an even more reasonable extent.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patenanspruches 1 gelöst. Er- findungsgemäß ist vorgesehen, dass sich die insbesondere in Reihen angeordneten Strukturelemente auf der einen und der anderen Seite des Strömungskanals im wesentlichen gegenüber liegen, also in Strömungsrichtung gesehen, jeweils etwa auf gleicher Höhe angeordnet sind. Die sich gegenüberliegenden Strukturelemente beziehungsweise Reihen können auch in Strömungsrichtung gegeneinander versetzt sein, allerdings nur soweit, dass noch eine Überlappung besteht. Damit greifen gleichzeitig von der einen und der anderen Wärmeübertragerfläche abragende, in den Strömungskanal hineinragende Strukturelemente in die Strömung ein und bewirken eine Ver- wirbelung der Strömung, die eine Verbesserung der Wärmeübertragung auf der Innenseite des Strömungskanals zur Folge hat. Darüber hinaus wird - beispielsweise im Falle einer Abgasströmung - unter Umständen eine Ruß- ablagerung verhindert. Der Druckverlust hält sich dabei in vertretbaren Grenzen. Die Strömung innerhalb des Strömungskanals wird somit von beiden Seiten gleichzeitig gestört, d. h. beide Grenzschichten werden gleichzeitig abgelöst, was zu einer besonders starken Verwirbelung führt. Die sich ge- genüberliegenden Strukturelemente beziehungsweise Reihen aus Strukturelementen können sich ebenfalls auf der Außenseite des Strömungskanals - im Falle eines Abgäskühlers auf der Kühlmittelseite - befinden. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.This object is achieved by the features of patent claim 1. According to the invention, it is provided that the structural elements, which are arranged in rows in particular, are essentially opposite one another on the one and the other side of the flow channel, that is to say seen in the flow direction, are each arranged approximately at the same height. The opposing structural elements or rows can also be offset from one another in the direction of flow, but only to the extent that there is still an overlap. Structural elements that protrude from one and the other heat exchanger surface and protrude into the flow channel thus simultaneously intervene in the flow and cause a swirling of the flow, which results in an improvement in the heat transfer on the inside of the flow channel. In addition - for example in the case of an exhaust gas flow - a soot deposits prevented. The pressure loss is kept within reasonable limits. The flow within the flow channel is thus disturbed from both sides at the same time, ie both boundary layers are detached at the same time, which leads to a particularly strong turbulence. The opposing structural elements or rows of structural elements can also be located on the outside of the flow channel - on the coolant side in the case of an exhaust gas cooler. Advantageous embodiments of the invention result from the subclaims.
Eine Reihe mit Strukturelementen wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung von einem oder mehreren Strukturelementen gebildet, die in Strömungsrichtung P im wesentlichen nebeneinander angeordnet sind. Insbesondere kann eine Reihe also auch durch ein einzelnes Strukturelement gebildet sein, neben dem beispielsweise keine weiteren Strukturelemente an- geordnet sind.In the context of the present invention, a row with structural elements is formed by one or more structural elements which are arranged essentially next to one another in the direction of flow P. In particular, a row can also be formed by a single structural element, next to which, for example, no further structural elements are arranged.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sehen verschiedene Ausführungsformen der Strukturelemente vor, wobei diese geradlinig oder gekrümmt ausgebildet sein können, d. h. mit einem konstanten oder variablen Abströmwinkel zur Strömungsrichtung. Durch die Änderung des Abströmwinkels von einem relativ großen Anströmwinkel bis zum Abströmwinkel ergibt sich eine „sanfte" Umlenkung der Strömung und damit ein etwas reduzierter Druckverlust. Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung können die Strukturelemente innerhalb einer Reihe versetzt ange- ordnet sein, d. h. die Strukturelemente sind zwar in einer quer zur Strömungsrichtung verlaufenden Reihe angeordnet, jedoch in Strömungsrichtung gestaffelt angeordnet. Auch dadurch ergibt sich der Vorteil eines geringeren Druckverlustes. Darüber hinaus können sich gegenüberliegende Reihen, also der einen oder anderen Flachrohrseite, in Strömungsrichtung gegenein- ander versetzt angeordnet sein, wobei jedoch immer eine Überlappung zwischen beiden Reihen erhalten bleibt. Auch durch diese Versetzung in Strö- mungsrichtung ergibt sich ein geringerer Druckverlust. Berühren sich die gegenüberliegenden Strukturen und werden diese durch Schweißen oder Löten verbunden, so kann die Festigkeit gesteigert werden. Nach einer weiteren Variante sind die Strukturelemente nicht in gleichmäßigen Abständen in einer Reihe angeordnet, vielmehr weisen diese Reihen Lücken auf, denen jeweils auf der gegenüberliegenden Seite Strukturelemente gegenüber liegen und diese Lücken somit - in der Draufsicht - „ausfüllen". Auch dadurch wird der Vorteil eines geringeren Druckverlustes erreicht.Advantageous refinements of the invention provide various embodiments of the structural elements, it being possible for these to be straight or curved, ie with a constant or variable outflow angle to the flow direction. The change in the outflow angle from a relatively large inflow angle to the outflow angle results in a “gentle” deflection of the flow and thus a somewhat reduced pressure loss. According to a further advantageous embodiment of the invention, the structural elements can be arranged offset within a row, ie the Although structural elements are arranged in a row running transversely to the flow direction, they are staggered in the flow direction, which also results in the advantage of a lower pressure loss. In addition, opposite rows, ie one or the other side of the flat tube, can be staggered in the flow direction , but there is always an overlap between the two rows. direction, there is less pressure loss. If the opposite structures touch and are connected by welding or soldering, the strength can be increased. According to a further variant, the structural elements are not arranged in a row at uniform intervals; rather, these rows have gaps which are opposite structural elements on the opposite side and thus “fill” these gaps - in plan view. This also gives the advantage achieved a lower pressure drop.
Zwischen oder neben den Strukturelementen beziehungsweise zwischen oder innerhalb der „Strukturreihen" (Reihen mit Strukturelementen) können (in Strömungsrichtung P gesehen) auch Noppen und/oder Stege nach außen oder innen ausgeprägt werden, um eine „Abstützung" und damit eine Festigkeitssteigerung zu erreichen. Die Wirbel erzeugenden Strukturen können diese Funktion ebenfalls ganz oder teilweise übernehmen.Between or next to the structural elements or between or within the "structural rows" (rows with structural elements), knobs and / or webs can also be stamped outwards or inwards (viewed in flow direction P) in order to achieve a "support" and thus an increase in strength. The structures that produce vortices can also assume this function in whole or in part.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform sind die sich im wesentlichen gegenüberliegenden Wärmeübertragungsflächen und insbesondere die darauf angeordneten Strukturelemente gekrümmt. Insbesondere bei Rohren mit kreisrundem oder ovalem Querschnitt werden die erfindungsgemäßen Vorteile erreicht.According to an advantageous embodiment, the essentially opposite heat transfer surfaces and in particular the structural elements arranged thereon are curved. The advantages according to the invention are achieved in particular in the case of tubes with a circular or oval cross section.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform sind die sich im wesentlichen gegenüberliegenden Wärmeübertragungsflächen wärmetechnische Primär- flächen. Gemäß einer Variante sind die Wärmeübertragungsflächen dagegen wärmetechnische Sekundärflächen, die insbesondere durch vorzugsweise mit dem Strömungskanal verlötete, verschweißte oder verklemmte Rippen, Stege oder dergleichen gebildet sind. Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform liegt die Höhe h der Strukturelemente im Bereich von 2 mm bis 10 mm, insbesondere im Bereich von 3 mm bis 4 mm, vorzugsweise um 3,7 mm.According to an advantageous embodiment, the essentially opposite heat transfer surfaces are primary thermal surfaces. According to a variant, on the other hand, the heat transfer surfaces are thermal secondary surfaces, which are formed in particular by ribs, webs or the like, preferably soldered, welded or clamped to the flow channel. According to an advantageous embodiment, the height h of the structural elements is in the range from 2 mm to 10 mm, in particular in the range from 3 mm to 4 mm, preferably around 3.7 mm.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist der Strömungskanal rechtek- kig und weist eine Breite b auf, die insbesondere im Bereich von 5 mm bis 120 mm, vorzugsweise im Bereich von 10 mm bis 50 mm liegt.According to an advantageous embodiment, the flow channel is rectangular and has a width b which is in particular in the range from 5 mm to 120 mm, preferably in the range from 10 mm to 50 mm.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform liegt ein hydraulischer Durch- messer des Strömungskanals im Bereich von 3 mm bis 26 mm, insbesondere im Bereich von 3 mm bis 10 mm.According to an advantageous embodiment, a hydraulic diameter of the flow channel is in the range from 3 mm to 26 mm, in particular in the range from 3 mm to 10 mm.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform umfaßt zumindest eine, insbesondere jede Strukturelementreihe jeweils mehrere Strukturelemente.According to an advantageous embodiment, at least one, in particular each row of structural elements comprises a plurality of structural elements.
Die Aufgabe der Erfindung wird auch gelöst durch die Merkmale des Patentanspruches 40. Dabei sind erfindungsgemäß die vorgenannten Strömungskanäle als Flach-, Rund-, Oval- oder Rechteckrohre eines Wärmeübertragers, vorteilhafterweise eines Abgaswärmeübertragers vorgesehen. Die er- findungsgemäße Anordnung der Strukturelemente, d. h. vorteilhafterweise ihre Einprägung in die Rohrinnenwände bringt eine Leistungssteigerung des Wärmeübertragers mit sich. Besonders vorteilhaft sind die in Reihen angeordneten Strukturelemente für Abgaswärmeübertrager, weil hierbei auch eine Rußablagerung im Inneren der Flachrohre vermieden wird. Die Abgasroh- re werden auf ihrer Außenseite von einem Kühlmittel umströmt, welches dem Kühlmittelkreislauf der die Abgase ausstoßende Brennkraftmaschine entnommen wird. Es ist ebenfalls möglich, dass die Strukturen auch in Platten oder Scheiben eingeprägt werden, um aus ihnen Wärmetauscher herzustellen. Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigenThe object of the invention is also achieved by the features of claim 40. According to the invention, the aforementioned flow channels are provided as flat, round, oval or rectangular tubes of a heat exchanger, advantageously an exhaust gas heat exchanger. The arrangement of the structural elements according to the invention, that is to say advantageously their embossing into the inner tube walls, results in an increase in the performance of the heat exchanger. The structural elements arranged in rows for exhaust gas heat exchangers are particularly advantageous because soot deposits are also avoided in the interior of the flat tubes. A coolant flows around the outside of the exhaust gas pipes, which coolant circuit is taken from the coolant circuit of the internal combustion engine emitting the exhaust gases. It is also possible for the structures to be embossed in plates or disks in order to use them to produce heat exchangers. Exemplary embodiments of the invention are shown in the drawings and are described in more detail below. Show it
Fig. 1 einen Strömungskanal gemäß Stand der Technik, Fig. 2a, b, c einen Querschnitt von Strömungskanälen,1 shows a flow channel according to the prior art, FIGS. 2a, b, c show a cross section of flow channels,
Fig. 3 ein Flachrohr mit erfindungsgemäßer Struktur,3 shows a flat tube with the structure according to the invention,
Fig. 4 eine Halbschale des Flachrohres gemäß Fig. 3,4 shows a half-shell of the flat tube according to FIG. 3,
Fig. 5a, b, c, d verschiedene Strukturelemente,5a, b, c, d different structural elements,
Fig. 6a, b, c, d, e, f, g, h erfindungsgemäße Strukturen auf Strömungskanälen,6a, b, c, d, e, f, g, h structures according to the invention on flow channels,
Fig. 7a, b weitere erfindungemäße Strukturen,7a, b further structures according to the invention,
Fig. 8 eine weitere erfindungsgemäße Struktur,8 shows a further structure according to the invention,
Fig. 9a, b, c, d gespiegelte Strukturelemente,9a, b, c, d mirrored structural elements,
Fig. 10a, b, c, d parallel verschobene Strukturelemente, Fig. 11a, b, c, d Reihen von Strukturelementen mit Abwandlungen und10a, b, c, d parallel shifted structural elements, Fig. 11a, b, c, d rows of structural elements with modifications and
Fig. 12a, b weitere Strukturelemente.12a, b further structural elements.
Fig. 1 zeigt in vereinfachter Darstellung einen Strömungskanal 1 , welcher als Rechteckrohr ausgebildet ist, einen rechteckförmigen Eintrittsquerschnitt 2, zwei sich gegenüberliegende flache Seiten F1 , F2 sowie zwei sich gegenüberliegende Schmalseiten S1 , S2 aufweist. Der Kanal 1 wird von einem Strömungsmedium, z. B. einem Abgas in Richtung des Pfeils P durchströmt. Auf der unteren Flachseite F2 sind V-förmig ausgerichtete Wirbelerzeuger 3a, 3b, 4a, 4b angeordnet, welche durch Erzeugung von Wirbeln eine er- höhte Turbulenz der Strömung bewirken und gleichzeitig - bei einer Abgasströmung - eine Rußablagerung verhindern. Diese Darstellung entspricht dem eingangs genannten Stand der Technik. Danach werden die jeweils paarweise angeordneten V-förmig ausgestellten, sich in Strömungsrichtung diffusorartig erweiternden Wirbelerzeuger 3a, 3b bzw. 4a, 4b auch als so genannte winglets bezeichnet. Fig. 2a zeigt den Querschnitt eines als Flachrohr ausgebildeten Strömungskanals 1 , bei welchem sowohl an der oberen Flachseite F1 als auch an der unter Flachseite F2 Winglet-Paare 5a, 5b sowie 6a, 6b angeordnet sind. Der Kanalquerschnitt weist eine Kanalhöhe H und eine Kanalbreite b auf. Die Winglets 5a, 5b, 6a, 6b weisen eine in den Kanalquerschnitt ragende Höhe h auf. Auch diese Anordnung von Winglets entspricht dem eingangs genannten Stand der Technik. Die Bezeichnungen F1 , F2 gelten auch für die nachfolgenden erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiele.1 shows a simplified representation of a flow channel 1, which is designed as a rectangular tube, has a rectangular inlet cross section 2, two opposite flat sides F1, F2 and two opposite narrow sides S1, S2. The channel 1 is from a flow medium, for. B. flows through an exhaust gas in the direction of arrow P. V-shaped vortex generators 3a, 3b, 4a, 4b are arranged on the lower flat side F2, which produce increased turbulence of the flow by generating vortices and at the same time prevent soot deposition in the case of an exhaust gas flow. This representation corresponds to the prior art mentioned at the beginning. The vortex generators 3a, 3b and 4a, 4b, which are arranged in pairs in a V-shape and widen in the direction of flow, are also referred to as winglets. 2a shows the cross section of a flow channel 1 designed as a flat tube, in which winglet pairs 5a, 5b and 6a, 6b are arranged both on the upper flat side F1 and on the lower flat side F2. The channel cross section has a channel height H and a channel width b. The winglets 5a, 5b, 6a, 6b have a height h projecting into the channel cross section. This arrangement of winglets also corresponds to the prior art mentioned at the beginning. The designations F1, F2 also apply to the following exemplary embodiments according to the invention.
Fig. 2b zeigt den Querschnitt eines als Rundrohr ausgebildeten Strömungskanals 1 ', bei welchem sowohl an der oberen Flachseite F1 als auch an der unteren Flachseite F2 Strukturelemente 13' beziehungsweise 13 angeordnet sind. Der Kanalquerschnitt weist eine Kanalhöhe H auf.2b shows the cross section of a flow channel 1 ′ designed as a round tube, in which structural elements 13 ′ and 13 are arranged both on the upper flat side F1 and on the lower flat side F2. The channel cross section has a channel height H.
Fig. 2c zeigt den Querschnitt eines als Flachrohr ausgebildeten Strömungskanals 1 , bei welchem die Wärmeübertragungsflächen F1 , F2 wärmetechnisch Sekundärflächen darstellen, da sie nicht unmittelbar Wärme von dem einen auf das andere Medium übertragen. Die Wärmeübertragungsflächen weisen Strukturelemente 13, 13' auf.2c shows the cross section of a flow channel 1 designed as a flat tube, in which the heat transfer surfaces F1, F2 represent secondary surfaces in terms of heat technology, since they do not directly transfer heat from one medium to the other. The heat transfer surfaces have structural elements 13, 13 '.
Fig. 3 zeigt einen erfindungsgemäßen Strömungskanal, der als Flachrohr 7 ausgebildet ist, welches in einer Draufsicht teilweise dargestellt ist. Das Flachrohr 7 weist eine Längsachse 7a, eine Breite b auf sowie zwei Reihen 8, 9 von V-förmig angeordneten Strukturelementen bzw. winglets 10, 11 , welche jeweils sowohl in die Oberseite F1 als auch in die Unterseite F2 des Flachrohres 7 eingeprägt sind, und zwar mit dem selben Muster, sodass sich die jeweils oben liegende winglet-Reihe mit der darunter liegenden Reihe deckt. In einer Reihe sind jeweils acht winglets, gleichmäßig verteilt über die gesamte Breite b, angeordnet - es können jedoch auch sechs oder sieben winglets bei derselben Breite sein. Bei schmalen Rohren, Scheiben oder Platten kann die Zahl der winglets auch unterhalb von sechs liegen, bei breiteren Rohren oder Scheiben/Platten auch oberhalb von acht. Die beiden Reihen 8, 9 weisen zueinander einen Abstand s auf, welcher von Mitte zu Mitte gemessen ist und etwa das 2-fache bis 6-fache der Länge der winglets beträgt. Zwischen den einzelnen Reihen befindet sich also jeweils ein glatter Bereich, in den zum Beispiel Abstützstrukturen eingeprägt sind. Die Reihen von winglets erstrecken sich über die gesamte Länge des Flachrohres 7, jeweils mit dem Abstand s, und zwar auf beiden Seiten des Flachrohres 7.Fig. 3 shows a flow channel according to the invention, which is designed as a flat tube 7, which is partially shown in a plan view. The flat tube 7 has a longitudinal axis 7a, a width b and two rows 8, 9 of structure elements or winglets 10, 11 arranged in a V-shape, each of which is embossed both in the top side F1 and in the bottom side F2 of the flat tube 7, and with the same pattern, so that the winglet row above coincides with the row below. Eight winglets are arranged in a row, evenly distributed over the entire width b - however, there can also be six or seven winglets with the same width. In the case of narrow tubes, discs or plates, the number of winglets can also be below six wider pipes or discs / plates also above eight. The two rows 8, 9 are at a distance s from one another which is measured from center to center and is approximately 2 to 6 times the length of the winglets. There is a smooth area between the individual rows, in which support structures are stamped, for example. The rows of winglets extend over the entire length of the flat tube 7, in each case with the distance s, on both sides of the flat tube 7.
Fig. 4 zeigt eine untere Halbschale 7b des Flachrohres 7 in einer Ansicht in Richtung der Längsachse 7a des Flachrohres 7. Die Halbschale 7b, weist einen Boden F2 sowie zwei seitliche Schenkel 7c, 7d auf, wobei auf dem Boden bzw. der Unterseite F2 winglets 11' angeordnet, d. h. in die Rohrwand eingeprägt sind. Die obere Halbschale ist nicht dargestellt; sie ist spiegelbildlich ausgebildet und wird mit der unteren Halbschale 7b an den seitlichen Schenkeln 7c, 7d längsverschweißt. Die winglets 1' weisen eine Höhe h auf, mit welcher sie in den lichten Querschnittsbereich des Flachrohres 7 hineinragen. Das Rohr kann auch aus einem Blech hergestellt werden, das umgeformt und einseitig verschweißt wird.4 shows a lower half-shell 7b of the flat tube 7 in a view in the direction of the longitudinal axis 7a of the flat tube 7. The half-shell 7b has a base F2 and two side legs 7c, 7d, with winglets on the base and the underside F2 11 'arranged, i. H. are stamped into the pipe wall. The upper half-shell is not shown; it is a mirror image and is longitudinally welded to the lower half-shell 7b on the side legs 7c, 7d. The winglets 1 ′ have a height h with which they protrude into the clear cross-sectional area of the flat tube 7. The tube can also be made from sheet metal that is formed and welded on one side.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel beträgt die Breite b des Flachrohres 40 mm oder 20 mm, die Gesamthöhe des Flachrohres etwa 4,5 mm und die Höhe h der winglets etwa 1 ,3 mm. Bei einer lichten Kanalhöhe von 4,0 mm verbleibt in Folge der von beiden Seiten in den Kanalquerschnitt hineinragenden winglets mit je 1 ,3 mm Höhe eine lichte Querschnittshöhe von 1 ,4 mm für eine Kernströmung. Der Abstand s der Reihen beträgt ca. 20 mm.In a preferred embodiment, the width b of the flat tube is 40 mm or 20 mm, the total height of the flat tube is approximately 4.5 mm and the height h of the winglets is approximately 1.3 mm. With a clear channel height of 4.0 mm, the clear cross-sectional height of 1.4 mm for a core flow remains as a result of the winglets, each 1.3 mm high, projecting into the channel cross section from both sides. The distance s between the rows is approx. 20 mm.
Das Flachrohr 7 wird vorzugsweise für an sich bekannte Abgaswärmeübertrager (nicht dargestellt) verwendet, d. h. es wird auf seiner Innenseite von Abgas einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges durchströmt und auf seiner Außenseite durch Kühlmittel eines Kühlmittelkreislaufes der Brenn- kraftmaschine gekühlt. Dabei kann die Außenseite der Flachrohre 7 - wie durch den Stand der Technik bekannt - glatt sein und beispielsweise durch eingeprägte Noppen auf Abstand mit benachbarten Rohren gehalten werden. Möglich ist jedoch auch, auf der Außenseite der Flachrohre 7 Rippen zur Verbesserung des Wärmeüberganges auf der Kühlmittelseite vorzusehen.The flat tube 7 is preferably used for exhaust gas heat exchangers known per se (not shown), that is to say exhaust gas from an internal combustion engine of a motor vehicle flows through on the inside and exhaust gas from a coolant circuit of the internal combustion engine flows through on the outside. engine cooled. The outside of the flat tubes 7 - as is known from the prior art - can be smooth and can be kept at a distance from adjacent tubes, for example by embossed knobs. However, it is also possible to provide 7 ribs on the outside of the flat tubes to improve the heat transfer on the coolant side.
Die Figuren 5a, 5b, 5c und 5d zeigen einzelne Strukturelemente, die für eine erfindungsgemäße Struktur auf den Strömungskanälen vorgesehen sind.FIGS. 5a, 5b, 5c and 5d show individual structural elements which are provided for a structure according to the invention on the flow channels.
Fig. 5a zeigt ein längliches Strukturelement 13 mit einer Längsachse 13a, die mit einer Bezugslinie q einen Winkel α, den Abströmwinkel bildet. Die Strömungsrichtung für alle Darstellungen 5a bis 5d ist jeweils dieselbe und durch einen Pfeil P dargestellt. Die Bezugslinie q verläuft senkrecht zur Strömungsrichtung P. Das Strukturelement 13 weist eine Länge L und eine Breite B auf. Letztere kann konstant oder variabel ein, d. h. in Richtung P zunehmend.5a shows an elongated structural element 13 with a longitudinal axis 13a, which forms an angle α, the outflow angle, with a reference line q. The direction of flow for all representations 5a to 5d is the same in each case and represented by an arrow P. The reference line q runs perpendicular to the flow direction P. The structural element 13 has a length L and a width B. The latter can be constant or variable, i. H. towards P increasingly.
Fig. 5b zeigt ein längliches, jedoch abgewinkeltes Strukturelement 14 mit zwei gegeneinander geneigten Längsachsen 14a, 14b, die mit der Bezugslinie q jeweils einen Winkel α und ß einschließen, ß wird hier als Anströmwinkel und α als Abströmwinkel bezeichnet. Die Strömung entsprechend dem Pfeil P wird somit in zwei Stufen umgelenkt, d. h. zunächst nur geringfügig und dann stärker. Dies ergibt einen geringeren Druckabfall - im Vergleich zu einem Strukturelement gemäß Fig. 5a bei gleichem Abströmwinkel α. Die Länge des Strukturelementes 14 entlang den Längsachsen 14a, 14b ist mit L bezeichnet.5b shows an elongated but angled structural element 14 with two longitudinal axes 14a, 14b which are inclined towards one another and which each enclose an angle α and β with the reference line q, β is referred to here as the inflow angle and α as the outflow angle. The flow according to arrow P is thus diverted in two stages, i. H. only slightly at first and then stronger. This results in a lower pressure drop - in comparison to a structural element according to FIG. 5a with the same outflow angle α. The length of the structural element 14 along the longitudinal axes 14a, 14b is designated by L.
Fig. 5c zeigt ein bogenförmiges Strukturelement 15 mit einer gekrümmten Längsachse 15a, die einem Kreisbogen mit dem Radius R entspricht. Der stromaufwärts gelegene Winkel wird als Anströmwinkel ß und der stromab- wärts gelegene Winkel wird als Abströmwinkel α bezeichnet. Auch hier erfolgt zunächst eine sanfte Umlenkung der Strömung um den Winkel (90° - ß) und danach eine stärkere Umlenkung um den Winkel (90° - α). Durch diese kontinuierlich zunehmende Umlenkung der Strömung wird ebenfalls ein ge- ringerer Druckverlust erreicht - im Vergleich zu dem Strukturelement 13 gemäß Fig. 5a. Die Länge des Strukturelementes 15 entlang der Längsachse 15a ist mit L bezeichnet.5c shows an arcuate structural element 15 with a curved longitudinal axis 15a, which corresponds to an arc of a circle with the radius R. The upstream angle is called the incident angle ß and the downstream the downward angle is referred to as the outflow angle α. Here, too, there is first a gentle deflection of the flow by the angle (90 ° - ß) and then a stronger deflection by the angle (90 ° - α). This continuously increasing deflection of the flow also results in a lower pressure loss - in comparison to the structural element 13 according to FIG. 5a. The length of the structural element 15 along the longitudinal axis 15a is designated by L.
Fig. 5d zeigt eine weitere Ausführungsform eines Strukturelementes 16, wel- ches etwa Z-förmig ausgebildet ist und auch eine Z-förmig verlaufende Längsachse 16a aufweist. Die Längsachse 16a verbindet zwei Kreisbogenstücke unterschiedlicher Krümmung, jedoch mit demselben Radius R1 = R2. Der Anströmwinkel ist hier mit ß, der Abströmwinkel mit α bezeichnet, er entspricht einer Strömungsumlenkung von (90°- α), welche im mittleren Bereich des Strukturelementes 16 erfolgt. Die An- und Abströmung dieses Strukturelementes erfolgt praktisch in Strömungsrichtung P. Damit ist eine besonders druckveriustarme Umlenkung der Strömung gegeben. Die Länge des Strukturelementes entlang der Längsachse 16a ist mit L bezeichnet.5d shows a further embodiment of a structural element 16, which is of approximately Z-shaped design and also has a Z-shaped longitudinal axis 16a. The longitudinal axis 16a connects two circular arc pieces of different curvature, but with the same radius R1 = R2. The inflow angle is designated by β, the outflow angle by α, it corresponds to a flow deflection of (90 ° - α), which takes place in the central region of the structural element 16. The inflow and outflow of this structural element occurs practically in the flow direction P. This results in a particularly low-pressure deflection of the flow. The length of the structural element along the longitudinal axis 16a is designated by L.
Die Fig. 6a, 6b, 6c, 6d, 6e, 6f, 6g, 6h zeigen Anordnungsmuster der Strukturelemente 13 gemäß Fig. 5a, und zwar in Reihen auf einem Ausschnitt eines Strömungskanals. Bei nicht dargestellten Ausführungsbeispielen liegen sich nur einzelne Strukturelemente einander gegenüber.6a, 6b, 6c, 6d, 6e, 6f, 6g, 6h show arrangement patterns of the structural elements 13 according to FIG. 5a, namely in rows on a section of a flow channel. In the case of exemplary embodiments that are not shown, only individual structural elements lie opposite one another.
Fig. 6a zeigt die länglichen Strukturelemente 13 jeweils in zwei Reihen 17, 18 angeordnet, welche in Strömungsrichtung P einen Abstand s aufweisen. Die durchgezogen dargestellten Strukturelemente 13 sind in die obere Seite F1 des Strömungskanals eingeprägt. In die untere Wärmeübertragerfläche bzw. Seite F2 des Strömungskanals sind gebrochen dargestellte Struktu- relemente 13', ebenfalls in Reihen 19, 20 angeordnet. Die Reihen sind durch gestrichelte Begrenzungslinien dargestellt. Die Strukturelemente 13' auf der unteren Fläche F2 sind gegenüber den Strukturelementen 13 auf der oberen Fläche F1 entgegengesetzt ausgerichtet, d. h. sie weisen einen entgegengesetzten Abströmwinkel α (vgl. Fig. 5a) auf. Darüber hinaus sind die Reihen 19, 20 gegenüber den Reihen 17, 18 in Strömungsrichtung P versetzt, und zwar um den Betrag f. Die Strukturelemente 13 bzw. 13' und die zugehörigen Reihen 17, 18 19, 20 weisen jeweils eine Tiefe T auf, d. h. eine Erstrek- kung in Strömungsrichtung P. Der Versatz f ist kleiner als die Tiefe T, sodass zwischen den Reihen 18, 20 bzw. 17, 19 eine Überlappung Ü verbleibt, die sich aus der Differenz von T und f ergibt. Eine Überlappung Ü von 100 % bedeutet bei Reihen mit gleicher Tiefe T, dass der Versatz gleich Null ist (f = 0). Bei Reihen mit unterschiedlicher Tiefe T1 beziehungsweise T2, also beispielsweise T1 < T2, bedeutet eine Überlappung von 100%, daß die Überlappung Ü gleich der kleineren Tiefe T1 ist (Ü = T1). Durch einen Versatz der sich jeweils gegenüberliegenden Reihen 17, 19 bzw. 18, 20 ergibt sich vor- teilhaft ein geringerer Druckverlust als bei Reihen ohne Versatz.6a shows the elongated structural elements 13 each arranged in two rows 17, 18, which are at a distance s in the flow direction P. The structural elements 13 shown in solid lines are embossed in the upper side F1 of the flow channel. Structured elements 13 ', shown broken, are also arranged in rows 19, 20 in the lower heat exchanger surface or side F2 of the flow channel. The rows are shown by dashed lines. The structural elements 13 'on the lower surface F2 are oriented opposite to the structural elements 13 on the upper surface F1, ie they have an opposite outflow angle α (cf. FIG. 5a). In addition, the rows 19, 20 are offset from the rows 17, 18 in the direction of flow P, namely by the amount f. The structural elements 13 and 13 'and the associated rows 17, 18, 19, 20 each have a depth T, ie an extension in the flow direction P. The offset f is smaller than the depth T, so that between the rows 18, 20 or 17, 19 an overlap Ü remains, which results from the difference between T and f. For rows with the same depth T, an overlap Ü of 100% means that the offset is zero (f = 0). In the case of rows with different depths T1 or T2, for example T1 <T2, an overlap of 100% means that the overlap Ü is equal to the smaller depth T1 (Ü = T1). An offset of the rows 17, 19 or 18, 20 lying opposite each other advantageously results in a lower pressure loss than in rows without an offset.
Fig. 6b zeigt ein anderes Muster von in Reihen angeordneten Strukturelementen 13 in einer Reihe 21 und einer Reihe 22 mit unterschiedlichen Abströmwinkeln α (nicht dargestellt). Die Strukturelemente 13 in ausgezogenen Linien sind in die obere Seite F1 des Strömungskanals eingeprägt. Auf der unteren Fläche F2 des Strömungskanals sind, in Strömungsrichtung P, auf gleicher Höhe gestrichelt dargestellte Strukturelemente 13' mit entgegengesetzter Ausrichtung angeordnet, sodass ein oberes Strukturelement 13 und ein gegenüberliegendes unteres Strukturelement 13' in der Draufsicht jeweils als Kreuz erscheinen. Die obere Reihe mit Strukturelementen 13 ist somit nicht gegenüber der unteren Reihe mit Strukturelementen 13' versetzt; die Überlappung Ü beträgt 100 %.6b shows another pattern of structural elements 13 arranged in rows in a row 21 and a row 22 with different outflow angles α (not shown). The structural elements 13 in solid lines are embossed in the upper side F1 of the flow channel. On the lower surface F2 of the flow channel, in the flow direction P, structural elements 13 'shown in dashed lines at the same height are arranged with opposite orientations, so that an upper structural element 13 and an opposite lower structural element 13' each appear as a cross in plan view. The upper row with structural elements 13 is thus not offset from the lower row with structural elements 13 '; the overlap Ü is 100%.
Fig. 6c bis Fig. 6h zeigen weitere Anordnungsmuster der Strukturelemente 13, 13' auf der oberen (durchgezogen dargestellt) und der unteren (gebrochen dargestellt) Seite F1 , F2 des Strömungskanals. Fig. 6h zeigt darüber hinaus auf der Außenseite der Strömungskanäle Abstützelemente 13", die bei diesem Ausführungsbeispiel benachbart zu den Strukturelementen 13, 13' und insbesondere innerhalb der durch die Struktu- relemente 13, 13' gebildeten Reihen angeordnet sind. Bevorzugt sind die Abstützelemente in die Wand des Strömungskanals eingeprägt. Für eine gewünschte Abstützung des jeweiligen Strömungskanals weisen die Abstützelemente 13" vorteilhafterweise eine Höhe auf, die dem gewünschten Abstand zwischen zwei Strömungskanälen beziehungsweise zwischen dem jeweiligen Strömungskanal und einer Gehäusewand eines Wärmeübertragers entspricht.6c to 6h show further arrangement patterns of the structural elements 13, 13 'on the upper (shown in solid lines) and the lower (shown in broken lines) side F1, F2 of the flow channel. 6h also shows support elements 13 ″ on the outside of the flow channels, which in this exemplary embodiment are arranged adjacent to the structural elements 13, 13 ′ and in particular within the rows formed by the structure elements 13, 13 ′. The support elements in FIG For a desired support of the respective flow channel, the support elements 13 "advantageously have a height which corresponds to the desired distance between two flow channels or between the respective flow channel and a housing wall of a heat exchanger.
Die Figuren 7a und 7b zeigen weitere Varianten für die Anordnung der Strukturelemente 13 in Reihen.FIGS. 7a and 7b show further variants for the arrangement of the structural elements 13 in rows.
Fig. 7a zeigt einen Ausschnitt eines Strömungskanals mit zwei Reihen 23, 24 von V-förmig angeordneten Strukturelementen 13 auf der Oberseite F1. Die Strukturelemente 13 sind nicht in gleich bleibenden Abständen nebeneinander angeordnet, vielmehr weisen sie Lücken 25, 26,27 auf, welche je- doch auf der Unterseite F2 durch Strukturelemente 13' ausgefüllt sind, sodass sich in der Draufsicht eine durchgehende gleichmäßige Anordnung von Strukturelementen 13 und 13' ergibt. Diese Anordnung von „lückenhaften" Reihen 23, 24 und der entsprechenden Reihen auf der Unterseite ergibt einen geringeren Druckabfall für die Strömung in Richtung P, weil die Struktu- relemente - in Breitenrichtung gesehen - nur abwechselnd von oben und unten in die Strömung eingreifen.7a shows a section of a flow channel with two rows 23, 24 of structural elements 13 arranged in a V-shape on the top side F1. The structural elements 13 are not arranged next to one another at constant intervals, rather they have gaps 25, 26, 27, which, however, are filled on the underside F2 by structural elements 13 ', so that in the top view there is a continuous, uniform arrangement of structural elements 13 and 13 'results. This arrangement of "incomplete" rows 23, 24 and the corresponding rows on the underside results in a lower pressure drop for the flow in the direction P, because the structural elements - seen in the width direction - only engage in the flow alternately from above and below.
Fig. 7b zeigt eine ähnliche lückenhafte Anordnung von parallel ausgerichteten Strukturelementen 13 auf der Oberseite F1 in Reihen 28, 29. Die Lücken zwischen den Strukturelementen 13 sind wiederum durch Strukturelemente 13' auf der Unterseite F2 ausgefüllt, wobei sich die Strukturelemente 13 auf der Oberseite F1 und die Strukturelemente 13' auf der Unterseite F2 zu einer zick-zack-förmigen Anordnung in der Draufsicht ergänzen. Auch diese Anordnung ist relativ druckverlustarm.7b shows a similar, incomplete arrangement of parallel aligned structural elements 13 on the top side F1 in rows 28, 29. The gaps between the structural elements 13 are in turn filled by structural elements 13 ′ on the underside F2, the structural elements 13 opening up the top side F1 and the structural elements 13 'on the bottom side F2 to form a zigzag arrangement in the top view. This arrangement is also relatively low in pressure loss.
Fig. 8 zeigt eine weitere Ausführungsform für die Anordnung von Strukturelementen 13 und 13' in zwei Reihen 30, 31 auf der Oberseite F1. Die Strukturelemente 13 der Reihe 30 und die Strukturelemente 13' der gegenüberliegenden Reihe (auf der Unterseite F2) sind parallel und in gleichem Abstand zueinander angeordnet. Gleiches gilt für die zweite Reihe 31 ana- log, wobei lediglich der Abströmwinkel entgegengesetzt ist, sodass sich, in Strömungsrichtung P gesehen, eine Umlenkung der Strömung ergibt.8 shows a further embodiment for the arrangement of structural elements 13 and 13 'in two rows 30, 31 on the top side F1. The structural elements 13 of the row 30 and the structural elements 13 'of the opposite row (on the underside F2) are arranged in parallel and at the same distance from one another. The same applies analogously to the second row 31, only the outflow angle being opposite, so that, viewed in the direction of flow P, the flow is deflected.
In den Figuren 6a, 6b, 7a, 7b und 8 wurden jeweils Strukturen mit den Strukturelementen 13 gemäß Fig. 5a dargestellt. Die Strukturelemente 13 können ebenso durch Strukturelemente 14 (in Fig. 5b), 15 (Fig. 5c) oder 16 (Fig. 5d) ersetzt werden. Ebenso wäre es möglich, in einer Reihe unterschiedliche Strukturelemente, z. B. 13 und 14 zu verwenden.Structures with the structural elements 13 according to FIG. 5a were shown in FIGS. 6a, 6b, 7a, 7b and 8. The structural elements 13 can likewise be replaced by structural elements 14 (in FIG. 5b), 15 (FIG. 5c) or 16 (FIG. 5d). It would also be possible to use different structural elements, e.g. B. 13 and 14 to use.
Fig. 9a, 9b, 9c, 9d zeigen Varianten der Strukturelemente 13, 14, 15, 16 durch Spiegelung: Es ergeben sich damit so genannte winglet-Paare 32, 33, 34, 35, wobei jeweils zwischen zwei Strukturelementen ein Mindestabstand a vorgesehen ist. Die Strömungsrichtung erfolgt in der Regel in Richtung des Pfeils P, wobei die Anströmung der winglet-Paare herkömmlicherweise an der engsten Stelle a erfolgt. Damit ergeben sich für die verschiedenen winglet-Paare 32 bis 35 in dieser Reihenfolge abnehmende Druckverluste. Diese winglet-Paare können in Reihen nebeneinander angeordnet werden, z. B. wie in den Figuren 6 bis 8.9a, 9b, 9c, 9d show variants of the structural elements 13, 14, 15, 16 by mirroring: This results in so-called winglet pairs 32, 33, 34, 35, a minimum distance a being provided between two structural elements , The direction of flow is generally in the direction of arrow P, the flow to the winglet pairs conventionally taking place at the narrowest point a. This results in decreasing pressure losses for the various winglet pairs 32 to 35 in this order. These winglet pairs can be arranged side by side in rows, e.g. B. as in Figures 6 to 8.
Fig. 10a, 10b, 10c, 10d zeigen weitere Variationen der Strukturelemente 13, 14, 15, 16 durch Parallelverschiebung. Damit ergeben sich Doppelelemente 36, 37, 38, 39 mit jeweils gleichen Abständen a an der An- und Abströmseite, die z. B. in die Strukturen gemäß Fig. 6 bis 8 integriert werden können.10a, 10b, 10c, 10d show further variations of the structural elements 13, 14, 15, 16 by parallel displacement. This results in double elements 36, 37, 38, 39 with equal distances a on the inflow and outflow side, the z. B. can be integrated into the structures according to FIGS. 6 to 8.
Wichtig dabei ist, dass die Strukturelemente einer Reihe oben und/oder un- ten nicht zwangsläufig gleiche geometrische Form bzw. Abmessungen aufweisen, wie es beispielhaft anhand von vier Strukturelementen in Fig. 11a gezeigt wird. Vielmehr können, wie in Fig. 11b gezeigt, die Strukturelemente mit einem Versatz f in Strömungsrichtung P angeordnet sein.It is important that the structural elements of a row above and / or below do not necessarily have the same geometric shape or dimensions, as is shown by way of example with four structural elements in FIG. 11a. Rather, as shown in FIG. 11 b, the structural elements can be arranged with an offset f in the flow direction P.
In Fig. 11c variieren die Abströmwinkel der Strukturelemente 13, und in Fig. 11d variieren die Längen L1 , L2 der Strukturelemente 13. Eine Kombination (nicht dargestellt) der Varianten gemäß Fig. 11b, 11c, 11d ist ebenfalls möglich. Auch können diese Variationen in der oberen und/oder unteren Fläche F1 bzw. F2 auftreten.In FIG. 11c the outflow angles of the structural elements 13 vary, and in FIG. 11d the lengths L1, L2 of the structural elements 13 vary. A combination (not shown) of the variants according to FIGS. 11b, 11c, 11d is also possible. These variations can also occur in the upper and / or lower surface F1 or F2.
Fig. 12a zeigt ein weiteres Strukturelement 43, welches als Winkel mit zwei geraden Schenkeln 43a, 43b ausgebildet ist, welche an ihrem Scheitelpunkt durch einen Bogen 43c verbunden sind. Insofern stellt dieses Strukturelement 43 eine Abwandlung des winglet-Paares 32 gemäß Fig. 9a dar. Die Anströmung erfolgt vorzugsweise in Richtung Scheitelpunkt 43c, entsprechend dem Pfeil P.12a shows a further structural element 43, which is designed as an angle with two straight legs 43a, 43b, which are connected at their apex by an arc 43c. In this respect, this structural element 43 represents a modification of the pair of winglets 32 according to FIG. 9a. The inflow preferably takes place in the direction of the apex 43c, corresponding to the arrow P.
Fig. 12b zeigt eine weitere Abwandlung des Strukturelementenpaares 34 gemäß Fig. 9c, nämlich ein Strukturelement 44 mit zwei gebogenen Schen- kein 44a, 44b, die im Scheitelpunkt durch einen Bogen 44c verbunden sind. Das Strukturelement 44, welches ebenfalls in Richtung auf den Scheitelpunkt 44c entsprechend dem Pfeil P angeströmt wird, bewirkt zunächst eine geringe Strömungsumlenkung, die sich dann aufgrund der in die Strömung hineingekrümmten Schenkel 44a, 44b verstärkt. Die Elemente gemäß Fig. 12a und Fig. 12b lassen sich in allen zuvor gezeigten Anordnungen, wo sich zwei in V-Form angeordnete Strukturen wieder finden, einsetzen.FIG. 12b shows a further modification of the pair of structural elements 34 according to FIG. 9c, namely a structural element 44 with two curved legs 44a, 44b, which are connected at the apex by an arc 44c. The structural element 44, which is likewise flowed toward in the direction of the apex 44c in accordance with the arrow P, initially causes a slight flow deflection, which is then reinforced due to the legs 44a, 44b that are curved into the flow. The elements according to FIGS. 12a and 12b can be used in all the arrangements shown above, where two structures arranged in a V-shape can be found again.
Grundsätzlich können alle beschriebenen Strukturen beliebig miteinander kombiniert werden. In principle, all of the structures described can be combined with one another as desired.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e Patent claims
1. Von einem Medium in einer Strömungsrichtung P durchströmbarer Strömungskanal (1) eines Wärmeübertragers mit zwei sich im wesentlichen gegenüberliegenden, insbesondere parallel und/oder im Abstand einer Kanalhöhe H angeordneten Wärmeübertragerflächen (F1 , F2), welche jeweils eine aus einer Vielzahl von nebeneinander in Reihen quer zur Strömungsrichtung P angeordneten, in den Strömungskanal hineinragenden Strukturelementen gebildete Struktur aufweisen, wobei die Strukturelemente jeweils eine Breite B, eine Länge L, eine Höhe h, einen Abströmwinkel α sowie eine Längsachse aufwei- sen, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Reihen (17, 18, 19, 20) mit Strukturelementen (13, 13') auf sich im wesentlichen gegenüberliegenden Wärmeübertragerflächen (F1 , F2) eine Überlappung (Ü) miteinander aufweisen.1. From a medium in a flow direction P flow channel (1) of a heat exchanger with two substantially opposite, in particular parallel and / or at a distance from a channel height H arranged heat exchanger surfaces (F1, F2), each one of a plurality of side by side in Rows arranged at right angles to the flow direction P and formed in the flow channel structural elements, the structural elements each having a width B, a length L, a height h, an outflow angle α and a longitudinal axis, characterized in that at least two rows ( 17, 18, 19, 20) with structural elements (13, 13 ') on essentially opposite heat exchanger surfaces (F1, F2) have an overlap (Ü) with one another.
2. Strömungskanal nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Überlappung Ü 100 % beträgt.2. Flow channel according to claim 1, characterized in that the overlap Ü is 100%.
3. Strömungskanal nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Strukturelement (13) länglich, insbesondere recht- eckförmig ausgebildet ist und eine gerade Längsachse (13a) aufweist.3. Flow channel according to claim 1, characterized in that at least one structural element (13) is elongated, in particular rectangular, and has a straight longitudinal axis (13a).
4. Strömungskanal nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Strukturelement (14) länglich und abgewinkelt ausgebildet ist und eine abgewinkelte Längsachse (14a, 14b) aufweist, die mit der Strömungsrichtung P den Abströmwinkel α und einen Anströmwinkel ß bildet. 4. Flow channel according to claim 1, characterized in that at least one structural element (14) is elongated and angled and has an angled longitudinal axis (14a, 14b) which forms the outflow angle α and an inflow angle β with the flow direction P.
5. Strömungskanal nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Strukturelement (15) bogenförmig ausgebildet ist und eine mit einem Radius R gekrümmte Längsachse (15a) aufweist, die mit der Strömungsrichtung P den Abströmwinkel α und einen Anströmwinkel ß bildet.5. Flow channel according to claim 1, characterized in that at least one structural element (15) is arcuate and has a radius R with a longitudinal axis (15a) which forms the outflow angle α and an inflow angle β with the flow direction P.
6. Strömungskanal nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Strukturelement (16) etwa Z-förmig ausgebildet ist und eine zweifach gekrümmte Längsachse (16a) mit Radien R1 , R2 aufweist, die mit der Strömungsrichtung P den Abströmwinkel α und einen Anströmwinkel ß bildet.6. Flow channel according to claim 1, characterized in that at least one structural element (16) is approximately Z-shaped and has a double-curved longitudinal axis (16a) with radii R1, R2 which, with the flow direction P, the outflow angle α and an inflow angle β forms.
7. Strömungskanal nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Strukturelement (43) V-förmig ausgebildet ist und gerade V-Schenkel (43a, 43b) aufweist.7. Flow channel according to claim 1, characterized in that at least one structural element (43) is V-shaped and has straight V-legs (43a, 43b).
8. Strömungskanal nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Strukturelement (44) V-förmig ausgebildet sind ist entgegen der Strömungsrichtung gekrümmte V-Schenkel (44a, 44b) aufweist.8. Flow channel according to claim 1, characterized in that at least one structural element (44) is V-shaped and has V-legs (44a, 44b) which are curved against the flow direction.
9. Strömungskanal nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe h mindestens eines der Strukturelemente (13, 14, 15, 16) 20 % bis 50 % der Kanalhöhe H beträgt.9. Flow channel according to one of claims 1 to 8, characterized in that the height h of at least one of the structural elements (13, 14, 15, 16) is 20% to 50% of the channel height H.
10. Strömungskanal nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge L mindestens eines Strukturelementes (13, 14, 15, 16) das 2- fache bis 12-fache der Höhe h des Strukturelementes beträgt. 10. Flow channel according to claim 9, characterized in that the length L of at least one structural element (13, 14, 15, 16) is 2 times to 12 times the height h of the structural element.
11. -. Strömungskanal nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand s zwischen den Reihen das 0,5- bis 8-fache der Tiefe T beträgt.11.-. Flow channel according to one of claims 1 to 10, characterized in that the distance s between the rows is 0.5 to 8 times the depth T.
12. Strömungskanal nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand s zwischen jeweils zwei Reihen in Strömungsrichtung P unterschiedlich ist.12. Flow channel according to one of claims 1 to 11, characterized in that the distance s between two rows in the flow direction P is different.
13. Strömungskanal nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch ge- kennzeichnet, dass mindestens ein Strukturelement (13, 14, 15, 16) eine konstante Breite B im Bereich von 0,1 bis 6,0 mm aufweist, vorzugsweise im Bereich von 0,1 bis 3,0 mm.13. Flow channel according to one of claims 1 to 10, characterized in that at least one structural element (13, 14, 15, 16) has a constant width B in the range from 0.1 to 6.0 mm, preferably in the range from 0.1 to 3.0 mm.
14. Strömungskanal nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch ge- kennzeichnet, dass mindestens ein Strukturelement (13, 14, 15, 16) eine in Strömungsrichtung zunehmende Breite zwischen einer Anfangsbreite B1 und einer Endbreite B2 aufweist, wobei die Anfangsbreite B1 im Bereich von 0,1 bis 4 mm und die Endbreite B2 im Bereich von 0,1 bis 6 mm liegt.14. Flow channel according to one of claims 1 to 10, characterized in that at least one structural element (13, 14, 15, 16) has a width that increases in the direction of flow between an initial width B1 and an final width B2, the initial width B1 in the region from 0.1 to 4 mm and the final width B2 is in the range from 0.1 to 6 mm.
15. Strömungskanal nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abströmwinkel α im Bereich von 20 bis 70 Grad, vorzugsweise im Bereich von 40 bis 65 Grad liegt und insbesondere einen Wert von 50 bis 60 Grad aufweist.15. Flow channel according to one of the preceding claims, characterized in that the outflow angle α is in the range from 20 to 70 degrees, preferably in the range from 40 to 65 degrees and in particular has a value of 50 to 60 degrees.
16. Strömungskanal nach einem der Ansprüche 4 bis 6 und 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Anströmwinkel ß jeweils größer als der Abströmwinkel α ist. 16. Flow channel according to one of claims 4 to 6 and 15, characterized in that the inflow angle β is in each case larger than the outflow angle α.
17. Strömungskanal nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Radius R im Bereich von 1 bis 10 mm liegt, vorzugsweise im Bereich von 1 bis 5 mm.17. Flow channel according to claim 6, characterized in that the radius R is in the range from 1 to 10 mm, preferably in the range from 1 to 5 mm.
18. Strömungskanal nach Anspruch 5 und 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Radien R1 und R2 gleich dem Radius R sind.18. Flow channel according to claim 5 and 17, characterized in that the radii R1 and R2 are equal to the radius R.
19. Strömungskanal nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass eine Reihe (17, 18, 19, 20) jeweils gleiche Struk- turelemente (13, 13') aufweist.19. Flow channel according to one of claims 1 to 18, characterized in that a row (17, 18, 19, 20) each have the same structural elements (13, 13 ').
20. Strömungskanal nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass eine Reihe jeweils unterschiedliche Strukturelemente aufweist.20. Flow channel according to one of claims 1 to 18, characterized in that a row each has different structural elements.
21. Strömungskanal nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass einzelne Strukturelemente (13, 14, 15, 16) zueinander gespiegelt und paarweise (32, 33, 34, 35) in einem Abstand a nebeneinander angeordnet sind.21. Flow channel according to claim 19, characterized in that individual structural elements (13, 14, 15, 16) are mirrored to one another and are arranged in pairs (32, 33, 34, 35) at a distance a from one another.
22. Strömungskanal nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass einzelne oder alle Strukturelemente (13, 14, 15, 16) parallel zueinander verschoben und paarweise (36, 37, 38, 39) quer zur Strömungsrichtung in einem Abstand a angeordnet sind.22. Flow channel according to claim 19, characterized in that individual or all structural elements (13, 14, 15, 16) are displaced parallel to one another and are arranged in pairs (36, 37, 38, 39) transversely to the flow direction at a distance a.
23. Strömungskanal nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abstand a zwischen zwei Strukturelementen innerhalb mindestens einer Reihe unterschiedlich sein kann.23. Flow channel according to claim 21 or 22, characterized in that a distance a between two structural elements can be different within at least one row.
24. Strömungskanal nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand a im Bereich von 0 bis 8 mm liegt. 24. Flow channel according to claim 21 or 22, characterized in that the distance a is in the range from 0 to 8 mm.
25. Strömungskanal nach Anspruch 19, 21 , 22 oder 24, dadurch gekennzeichnet, dass einzelne Strukturelemente (13) einer Reihe (40) in Strömungsrichtung P um einen Betrag f gegeneinander versetzt sind, wobei der Betrag f kleiner als die Tiefe T der Strukturelemente (13) und T die Projektion der Länge L quer zur Strömungsrichtung P ist.25. Flow channel according to claim 19, 21, 22 or 24, characterized in that individual structural elements (13) of a row (40) are offset from one another in the flow direction P by an amount f, the amount f being less than the depth T of the structural elements ( 13) and T is the projection of the length L transverse to the flow direction P.
26. Strömungskanal nach Anspruch 22 oder 25, dadurch gekennzeichnet, dass einzelne Strukturelemente (13) einer Reihe (41) nicht paral- lel angeordnet und einen abweichenden Abströmwinkel α aufweisen.26. Flow channel according to claim 22 or 25, characterized in that individual structural elements (13) of a row (41) are not arranged in parallel and have a different outflow angle α.
27. Strömungskanal nach Anspruch 22, 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, dass einzelne Strukturelemente (13) einer Reihe (42) unterschiedliche Längen L1 , L2 aufweisen.27. Flow channel according to claim 22, 25 or 26, characterized in that individual structural elements (13) of a row (42) have different lengths L1, L2.
28. Strömungskanal nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich gegenüberliegende Reihen (17, 18, 19, 20) in Strömungsrichtung P einen Versatz f aufweisen, wobei f kleiner als die Tiefe T einer Reihe (17, 19) ist.28. Flow channel according to one of the preceding claims, characterized in that opposite rows (17, 18, 19, 20) have an offset f in the flow direction P, f being smaller than the depth T of a row (17, 19).
29. Strömungskanal nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass einzelne oder alle Strukturelemente (13, 13') von sich gegenüber liegenden Reihen (17, 18, 19, 20, 21 , 22) entgegengesetzt ausgerichtet, insbesondere einen entgegengesetz- ten Abströmwinkel α aufweisen.29. Flow channel according to one of the preceding claims, characterized in that individual or all structural elements (13, 13 ') of rows (17, 18, 19, 20, 21, 22) lying opposite one another are oriented in opposite directions, in particular an opposite outflow angle have α.
30. Strömungskanal nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die sich gegenüber liegenden Reihen (23, 24) zwischen den Strukturelementen (13) Lücken (25, 26, 27) aufweisen, denen jeweils Strukturelemente (13') der anderen Reihe gegenüberliegen. 30. Flow channel according to one of the preceding claims, characterized in that the rows (23, 24) lying opposite one another have gaps (25, 26, 27) between the structural elements (13), each of which has structural elements (13 ') opposite the other row ,
31. Strömungskanal nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Strukturelemente gegenüberliegender Reihen berühren, insbesondere durch Schweißung oder Ver- lötung verbunden sind.31. Flow channel according to one of the preceding claims, characterized in that the structural elements touch opposite rows, in particular are connected by welding or soldering.
32. Strömungskanal nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich gegenüberliegende Reihen von Strukturelementen eine gleiche Tiefe T in Strömungsrichtung P auf- weisen.32. Flow channel according to one of the preceding claims, characterized in that opposite rows of structural elements have the same depth T in the flow direction P.
33. Strömungskanal nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich gegenüberliegende Reihen von Strukturelementen unterschiedliche Tiefen T1 , T2 in Strömungsrich- tung P aufweisen.33. Flow channel according to one of the preceding claims, characterized in that opposite rows of structural elements have different depths T1, T2 in the flow direction P.
34. Strömungskanal nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die sich im wesentlichen gegenüberliegenden Wärmeübertragungsflächen und insbesondere die darauf an- geordneten Strukturelemente gekrümmt sind.34. Flow channel according to one of the preceding claims, characterized in that the essentially opposite heat transfer surfaces and in particular the structural elements arranged thereon are curved.
35. Strömungskanal nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die sich im wesentlichen gegenüberliegenden Wärmeübertragungsflächen wärmetechnische Primärflächen oder Sekundärflächen sind, wobei die Sekundärflächen insbesondere durch vorzugsweise mit dem Strömungskanal verlötete, verschweißte oder verklemmte Rippen, Stege oder dergleichen gebildet sind.35. Flow channel according to one of the preceding claims, characterized in that the essentially opposite heat transfer surfaces are thermotechnical primary surfaces or secondary surfaces, the secondary surfaces being formed in particular by ribs, webs or the like which are preferably soldered, welded or clamped to the flow channel.
36. Strömungskanal nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da- durch gekennzeichnet, dass die Höhe h im Bereich von 2 mm bis 10 m, insbesondere im Bereich von 3 mm bis 4 mm, vorzugsweise um 3,7 mm liegt.36. Flow channel according to one of the preceding claims, characterized in that the height h in the range from 2 mm to 10 m, in particular in the range from 3 mm to 4 mm, preferably around 3.7 mm.
37. Strömungskanal nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da- durch gekennzeichnet, dass der Strömungskanal rechteckig ist und eine Breite b aufweist, die insbesondere im Bereich von 5 mm bis 120 mm, vorzugsweise im Bereich von 10 mm bis 50 mm liegt.37. Flow channel according to one of the preceding claims, characterized in that the flow channel is rectangular and has a width b which is in particular in the range from 5 mm to 120 mm, preferably in the range from 10 mm to 50 mm.
38. Strömungskanal nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da- durch gekennzeichnet, dass ein hydraulischer Durchmesser des Strömungskanals im Bereich von 3 mm bis 26 mm, insbesondere im Bereich von 3 mm bis 10 mm liegt.38. Flow channel according to one of the preceding claims, characterized in that a hydraulic diameter of the flow channel is in the range from 3 mm to 26 mm, in particular in the range from 3 mm to 10 mm.
39. Strömungskanal nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da- durch gekennzeichnet, dass zumindest eine, insbesondere jede Strukturelementreihe jeweils mehrere Strukturelemente umfaßt.39. Flow channel according to one of the preceding claims, characterized in that at least one, in particular each row of structural elements each comprises a plurality of structural elements.
40. Wärmeübertrager, insbesondere Abgaskühler, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit Strömungskanälen für ein Fluid, dadurch gekenn- zeichnet, dass mindestens ein Strömungskanal nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist.40. Heat exchanger, in particular exhaust gas cooler, in particular for a motor vehicle, with flow channels for a fluid, characterized in that at least one flow channel is designed according to one of the preceding claims.
41. Wärmeübertrager nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungskanäle (1) als gelötete oder geschweißte Flach- oder Rechteckrohre (7) und die Wärmeübertragerflächen (F1 , F2) als flache Rohrwände ausgebildet sind.41. Heat exchanger according to claim 39, characterized in that the flow channels (1) are designed as soldered or welded flat or rectangular tubes (7) and the heat exchanger surfaces (F1, F2) as flat tube walls.
42. Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungskanäle durch Aufeinander- stapeln von Platten oder Scheiben, die Strukturelemente aufweisen, gebildet werden. 42. Heat exchanger according to one of the preceding claims, characterized in that the flow channels are formed by stacking plates or disks which have structural elements on top of one another.
43. Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturelemente (10, 11 ) in die Rohrwände (F1 , F2) eingeformt, insbesondere eingeprägt sind.43. Heat exchanger according to one of the preceding claims, characterized in that the structural elements (10, 11) are molded, in particular stamped, into the tube walls (F1, F2).
44. Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohre (7) von Abgas durchströmbar und von einem flüssigen Kühlmittel umströmbar sind.44. Heat exchanger according to one of the preceding claims, characterized in that the tubes (7) through which exhaust gas can flow and around which a liquid coolant can flow.
45. Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Reihen (8, 9) von Strukturelementen (10, 11) in Strömungsrichtung (7a) einen Abstand s aufweisen, der das 2-fache bis 6-fache der Länge L eines Strukturelementes beträgt.45. Heat exchanger according to one of the preceding claims, characterized in that the rows (8, 9) of structural elements (10, 11) in the flow direction (7a) have a distance s which is 2 to 6 times the length L one Structural element is.
46. Wärmeübertrager nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich zwischen den Reihen mit Strukturelementen (Fluid eins) weitere Reihen mit Strukturelementen befinden, die nach außen in das Fluid zwei ragen.46. Heat exchanger according to one of the preceding claims, characterized in that between the rows with structural elements (fluid one) there are further rows with structural elements which protrude outward into the fluid two.
47. Wärmeübertrager nach Anspruch 45, dadurch gekennzeichnet, dass die nach außen ausgeprägten Strukturelemente Abstütznoppen, - stege oder -elemente sind und sich berühren oder miteinander verlötet oder verschweißt sind.47. Heat exchanger according to claim 45, characterized in that the structural elements which are pronounced on the outside are support knobs, webs or elements and touch or are soldered or welded to one another.
48. Wärmeübertrager nach Anspruch 45 oder 46, dadurch gekennzeichnet, dass die nach außen ausgeprägten Strukturelemente zur Verbesserung des Wärmeüberganges beitragen. 48. Heat exchanger according to claim 45 or 46, characterized in that the structural elements which are pronounced on the outside contribute to improving the heat transfer.
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