WO2006040122A1 - Kreuzström-wärmetauscher sowie abgasrückführeinheit - Google Patents

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WO2006040122A1
WO2006040122A1 PCT/EP2005/010918 EP2005010918W WO2006040122A1 WO 2006040122 A1 WO2006040122 A1 WO 2006040122A1 EP 2005010918 W EP2005010918 W EP 2005010918W WO 2006040122 A1 WO2006040122 A1 WO 2006040122A1
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WO
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cross
cooling medium
heat exchanger
exhaust gas
flow
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PCT/EP2005/010918
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Inventor
Heiko Vogt
Original Assignee
Daimlerchrysler Ag
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D9/00—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F13/00—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing
    • F28F13/06—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by affecting the pattern of flow of the heat-exchange media
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F3/00—Plate-like or laminated elements; Assemblies of plate-like or laminated elements
    • F28F3/02—Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations
    • 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
    • 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 cross-flow heat exchanger and an exhaust gas recirculation unit according to the preambles of the independent claims.
  • Heat exchanger body and lead at some high-stress points of the heat exchanger for vapor bubble formation The supply of larger amounts of water is usually practically impossible to realize because of the strongly increasing with the amount of water pressure loss of the heat exchanger.
  • cross-flow heat exchangers in exhaust gas coolers in vehicles, in which a cooling medium is guided perpendicular to the exhaust gas to be cooled.
  • a cooling medium is guided perpendicular to the exhaust gas to be cooled.
  • Such a cross-flow heat exchanger is known for example from WO 03/044342 Al.
  • the exhaust gas is guided meandering between stacked plates, wherein the Plates and exhaust gas leading areas are traversed by the exhaust gas flow direction perpendicular cooling tubes, in which the cooling medium flows.
  • the pressure loss increases above the cooling tubes.
  • the invention has for its object to provide a cross-flow heat exchanger, which has the lowest possible pressure loss and allows a high coolant flow rate.
  • dividing walls forming a plate-like construction are arranged to form the exhaust ducts and the cooling medium ducts.
  • this results in a large contact surface for heat removal from the exhaust gas and a high power density of the cross-flow heat exchanger.
  • the arrangement has a low flow resistance. Thermal stresses in the heat exchanger body can be reduced.
  • the partitions can also be provided as boundary walls of hollow heat exchanger plates, wherein the heat exchanger plates are stacked on each other and the cavities between adjacent
  • Heat exchanger plates of one of the media, for example, from the cooling medium are flowed through, while the other medium, for example, the exhaust gas, flows through the hollow heat exchanger plates themselves.
  • the cooling medium can flow through the heat exchanger plates and the exhaust gas in the cavity between adjacent heat exchanger plates.
  • the respective inlet of the individual cooling medium channels has a width which substantially corresponds to a length of the partitions forming the exhaust gas channels and cooling medium channels in the flow direction of the exhaust gas.
  • the exhaust gas is in contact with cold cooling medium along its run length in the heat exchanger.
  • the exhaust gas preferably flows through its exhaust ducts in a straight line.
  • the exhaust gas is passed meander-shaped or in another suitable, memorigeradliniger way through the exhaust ducts to improve the contact with the cooling medium.
  • the flow resistance is low and the pressure loss is advantageously low even with high coolant flow rate. The risk of vapor bubble formation and resulting damage to the heat exchanger are reduced.
  • the inlet cross sections of the cooling medium channels can be matched favorably to the inlet cross sections of the exhaust gas channels.
  • the respective inlet cross section of the individual cooling medium channels may be larger than the respective inlet cross section of the individual exhaust gas channels.
  • cooling media ducts have a length which is traversed, which is smaller than at least the larger of the dimensions of the width and height of the cooling medium channel forming the inlet cross section, a particularly low flow resistance can be achieved with at the same time a very high coolant throughput.
  • a large cross-sectional area with a short bypass allows a low pressure loss of the cooling media channels. If the partitions delimiting the respective cooling medium channel have flow bodies projecting into the cooling medium channel, a favorable distribution of cooling medium in the cooling medium channel can be achieved.
  • the flow resistance of the cooling medium in the cooling medium channel along the run length of the exhaust gas in the exhaust duct can preferably be varied so that the best possible heat dissipation is possible with as homogeneous a thermal load of the heat exchanger body.
  • a desired flow guidance can also be achieved by the geometric shape of the flow body.
  • flow bodies are arranged in each cooling medium channel.
  • the thermal load of the heat exchanger can be integrally homogenized when, for example, further heat sources are arranged in the outer region of the heat exchanger, which locally heat the heat exchanger by waste heat.
  • the flow body are arranged and / or formed so that an optimized flow distribution for controlling the component temperature of the component cross-flow heat exchanger itself and the exhaust gas cooling can be achieved.
  • the skilled person can select the best possible flow distribution through the shape and arrangement of the flow body and adapt to given conditions.
  • a smaller coolant flow rate is achieved than in the region of the inlet of the exhaust gas ducts. In this way, increased heat removal at the inlet of the exhaust gas duct can be achieved, at which the exhaust gas has its maximum temperature, while less heat is dissipated at the outlet, where the exhaust gas has largely cooled to uncritical temperatures.
  • the flow bodies are arranged more densely in the region of the outlet of the exhaust ducts than in the region of the inlet of the exhaust ducts, a desired course of the pressure drop or of the flow resistance profile along the run length of the exhaust duct can be set with a simple suitable distribution of the flow body.
  • a desired course of the pressure drop or of the flow resistance profile along the run length of the exhaust duct can be set with a simple suitable distribution of the flow body.
  • the design of the cross-flow heat exchanger and the shape of the flow body can be chosen so that a targeted influencing of the flow rate and / or the pressure drop and the flow is carried out. This is easily adaptable to the crossflow heat exchanger for different heat exchanger designs and performance requirements.
  • the flow body between a "cooling media channel defining partition walls are formed.
  • Such an arrangement of Str ⁇ mungs stresses is advantageous for improving the component stiffness and, in addition, the thermal function of the heat exchanger improve.
  • such a cross-flow heat exchanger is used in an exhaust gas recirculation device in a vehicle.
  • Fig. 2 shows a detail of a cooling medium channel
  • Fig. 3 is a plan view of a partition with projecting into a cooling medium channel flow elements.
  • a cross-flow heat exchanger 10 is designed in a stacked construction.
  • Such a cross-flow heat exchanger 10 can be used for example in a preferred exhaust gas recirculation device in a vehicle.
  • exhaust gas recirculation unit is arranged downstream of an internal combustion engine, not shown, and returns exhaust gas to the engine, which is operationally mixed with combustion air the combustion process of the internal combustion engine is supplied again.
  • the hot exhaust gas is cooled in the exhaust gas recirculation unit to relatively low temperatures.
  • Exhaust passages 11 and cooling channels 12 are formed by partition walls 13 are stacked on each other and alternately form corresponding flow-through spaces in the form of these exhaust channels 11 and cooling channels 12. In the stacking direction, exhaust gas channels 11 and cooling channels 12 alternate.
  • the exhaust gas channels 11 are transversely, in particular vertically, led to the cooling medium channels 12.
  • the exhaust gas channels 11 have an inlet 21 with an inlet cross section 16 and an outlet 22 with an outlet cross section 17;
  • the Coolant media channels 12 have an inlet 23 with an inlet cross section 18 and an outlet 24 with an unrecognizable and unspecified outlet cross section (FIG. 2).
  • FIG. 2 For the sake of clarity, in each case only one of the plurality of inputs 21, 23 and outputs 22 and the inlet cross sections 16, 18 and
  • Exit cross-sections 17 of the stack of partitions 13 numbered by reference numerals.
  • To the outside of the cross-flow heat exchanger 10 is provided with suitable, not shown outer walls and connections for the cooling medium channels 12 and the exhaust gas channels 11 acting media.
  • Hot exhaust gas flows through the inlets 21 into the crossflow heat exchanger 10, and cooled exhaust gas, indicated by arrows 15, exits through the outlets 22.
  • Cold cooling medium in particular cooling water, passes through the respective inlet cross section 18 of the inputs 23 into the individual cooling medium channels 12.
  • the flow direction of the exhaust gas is parallel to the plane of the drawing, the flow direction of the cooling medium is directed perpendicular to the plane of the drawing.
  • the outlet cross section at the outlet 24 of the cooling medium channel 12 is the same size as the inlet cross section 18 and the outlet cross section 17 at the outlet 22 of the exhaust gas channel 11 is the same size as the inlet cross section 16.
  • the respective inlet 23 of the individual cooling medium channels 12 has a width W which substantially corresponds to a length of the partition walls 13 forming the exhaust gas channels 11 and cooling medium channels 12.
  • the cooling medium channels 12 have a flowed through length L, which is much smaller than the width W of the entrance 23, in particular, the length L is only a fraction of the width W. Due to the large cross-sectional area (inlet cross section 18) and the short Circulation path (length L) is a very small Druck ⁇ loss in the cooling medium channels 12 achievable.
  • the total available cross-sectional area for the cooling medium is the sum of the individual cross-sectional areas 18.
  • FIG. 1 A cooling medium, which enters an inlet 23 through an inlet cross section 18 and exits through an outlet 24, is indicated by an arrow 19, wherein the cooling medium enters the cooling medium channel 12 over the entire width W.
  • the cooling medium channel 12 has a height H and a flowed through length L. If the cooling medium entered at the side, only a drastically smaller inlet cross-section would be available with a correspondingly higher pressure loss.
  • a surface 25 of the dividing wall 13 has flow bodies 20 formed as knobs which improve the rigidity of the crossflow heat exchanger 10.
  • the nubs are preferably formed as Lötnoppen, which in the manufacture or during the joining, in particular punching and Pressing, the partition walls 13 are advantageously provided for production reasons.
  • the flow body can also have any other geometric shape, which are necessary for a functional flow guidance.
  • the flow control bodies 20 influence the flow resistance of a cooling medium entering through an inlet, which is indicated by an arrow 19, and / or the pressure drop over a running length of the cooling medium channel 12.
  • Entry cross-section 16 of an input 21 enters the cross-flow heat exchanger 10 and this leaves through an outlet section 17 of an output 16 (arrows 15), the cooling medium flows perpendicular thereto through an input 23 in the cooling medium channel 12 and leaves it through an output 24th
  • the flow body 20 are arranged so that cooling medium channel side in the region of the outlet 22 of the exhaust passage 11 is a lower cooling medium flow rate than inharimedienkanal facultyen area of the inlet 21 of the exhaust passage 11.
  • the flow body 20 are arranged in the region of the output 22 closer than in the region of the entrance 21.
  • a quantity distribution 26 of the cooling medium, which leaves the cooling medium channel 12 is given as a function of the width W of the cooling medium channel 12 and a pressure loss curve 27 over the width W of the cooling medium channel 12.
  • the quantity distribution increases from the outlet 22 to Input 21, the pressure loss curve 27 drops from the output 22 to the input 21 from.
  • the width W of the cooling medium channel 12 preferably corresponds to the length of the cross-flow heat exchanger 10 for the exhaust gas.
  • the coolant medium channel through the cooling medium channel 12 thus has a gradient along at least one dimension of the cooling medium channel 12 so that the cooling medium throughput of a maximum value homogeneous a minimum value drops.
  • the pressure loss in at least one dimension of the cooling medium channel 12 increases from a minimum value in the cooling medium channel side region of the inlet 21 of the exhaust gas channel 11 to a maximum value in the cooling medium channel side region of the outlet 22 of the exhaust gas channel 11.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kreuzstrom-Wârmetauscher, insbesondere zur Abgaskühlung in einem Fahrzeug, bei dem Abgaskanâle (11) quer zu Kühlmedienkanâlen (12) geführt sind, wobei die Abgaskanâle (11) und die Kühlmedienkanâle (12) einen Eingang (21, 23) mit einem Eintrittsquerschnitt (16,18) und einen Ausgang (22, 24) mit einem Austrittsquerschnitt (17) aufweisen. Ein môglichst geringer Druckverlust bei gleichzeitig hohem Kühlmediendurchsatz kann erreicht werden, indem zur Bildung der Abgaskanâle (11) und der Kühlmedienkanâle (12) durchstrômbare Râume bildende Trennwânde (13) in Plattenbauweise angeordnet sind.

Description

Kreuzstrom-Wärmetauscher sowie Abgasrückführeinheit
Die Erfindung betrifft einen Kreuzstrom-Wärmetauscher sowie eine Abgasrückführeinheit nach den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche.
Bei Kühleinrichtungen für Abgase in Fahrzeugen, beispielsweise bei einer Abgasrückführungseinrichtung, können am Wärmetauscher Schäden durch örtlich auftretende Dampfblasenbildung des Kühlwassers mit daraus resultierender Bauteilüberhitzung auftreten. Durch die üblicherweise"hohe Wärmeleistung des Wärmetauschers treten große kühlmedienseitige Temperaturunterschiede auf, die zu unterschiedlicher thermischer Belastung des
Wärmetauscherkörpers und an manchen hoch belasteten Stellen des Wärmetauschers zur Dampfblasenbildung führen. Die Zufuhr größerer Wassermengen ist üblicherweise wegen des mit der Wassermenge stark ansteigenden Druckverlusts des Wärmetauschers praktisch nicht zu realisieren.
Es ist bekannt, bei Abgaskühlern in Fahrzeugen Kreuzstrom- Wärmetauscher einzusetzen, bei denen ein Kühlmedium senkrecht zu dem zu kühlenden Abgas geführt wird. Ein solcher Kreuzstrom-Wärmetauscher ist beispielsweise aus der WO 03/044342 Al bekannt. Dort wird das Abgas mäanderförmig zwischen aufeinander gestapelten Platten geführt, wobei die Platten und Abgas führenden Bereiche mit zur AbgasStrömungs¬ richtung senkrecht verlaufenden Kühlrohren durchsetzt sind, in denen das Kühlmedium fließt. Bei höherem Kühlmedien¬ durchsatz steigt der Druckverlust über den Kühlrohren an.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kreuzstrom- Wärmetauscher anzugeben, der einen möglichst geringen Druckverlust aufweist und einen hohen Kühlmediendurchsatz erlaubt.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Bei einem erfindungsgemäßen Kreuzstrom-Wärmetauscher, insbesondere zur Abgaskühlung in einem Fahrzeug, sind zur Bildung der Abgaskanäle und der Kühlmedienkanäle durchströmbare Räume bildende Trennwände in Plattenbauweise angeordnet. Vorteilhaft ergeben sich dadurch eine große Kontaktfläche zur Wärmeabfuhr aus dem Abgas sowie eine hohe Leistungsdichte des Kreuzstromwärmetauschers. Weiterhin weist die Anordnung einen geringen Strδmungswiderstand auf. Thermische Spannungen im Wärmetauscherkörper können verringert werden. Die Trennwände können auch als Begrenzungswände von hohlen Wärmetauscherplatten vorgesehen sein, wobei die Wärmetauscherplatten aufeinander gestapelt sind und die Hohlräume zwischen benachbarten
Wärmetauscherplatten von einem der Medien, beispielsweise von dem Kühlmedium, durchströmbar sind, während das andere Medium, beispielsweise das Abgas, durch die hohlen Wärmetauscherplatten selbst strömt. Selbstverständlich kann auch das Kühlmedium durch die Wärmetauscherplatten strömen und das Abgas im Hohlraum zwischen benachbarten Wärmetauscherplatten. Günstige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung sind der Beschreibung sowie den weiteren Ansprüchen zu entnehmen.
Eine besonders vorteilhafte Wärmeabfuhr ist möglich, wenn der jeweilige Eingang der einzelnen Kühlmedienkanäle eine Breite aufweist, die im Wesentlichen einer Länge der die Abgaskanäle und Kühlmedienkanäle bildenden Trennwände in Strömungsrichtung des Abgases entspricht. Das Abgas ist entlang seiner Lauflänge im Wärmetauscher mit kaltem Kühlmedium in Kontakt . Das Abgas durchströmt seine Abgaskanäle vorzugsweise geradlinig. Es ist jedoch auch denkbar, dass das Abgas mäanderförmig oder in anderer geeigneter, nichtgeradliniger Weise durch die Abgaskanäle geleitet wird, um den Kontakt mit dem Kühlmedium zu verbessern. Der Strömungswiderstand ist gering und der Druckverlust auch bei hohem Kühlmediendurchsatz vorteilhaft niedrig. Die Gefahr einer Dampfblasenbildung und daraus resultierende Schäden am Wärmetauscher sind vermindert. Die Eintrittsquerschnitte der Kühlmedienkanäle können günstig auf die Eintrittsquerschnitte der Abgaskanäle abgestimmt werden. So kann beispielsweise der jeweilige Eintrittsquerschnitt der einzelnen Kühlmedienkanäle größer sein als der jeweilige Eintrittsquerschnitt der einzelnen Abgaskanäle.
Weisen die Kühlmedienkanäle eine durchströmte Länge auf, die kleiner ist als wenigstens die größere der Abmessungen der den Eintrittsquerschnitt bildenden Breite und Höhe des Kühlmedienkanals, kann ein besonders geringer Strömungswiderstand erreicht werden bei gleichzeitig sehr hohem Kühlmediendurchsatz. Eine große Querschnittsfläche bei gleichzeitig kurzer Umströmungsstrecke ermöglicht einen geringen Druckverlust der Kühlmedienkanäle. Weisen die den jeweiligen Kühlmedienkanal begrenzenden Trennwände in den Kühlmedienkanal ragende Strömungskörper auf, kann eine günstige Kühlmedienverteilung im Kühlmedienkanal erreicht werden. Dabei kann der Strömungswiderstand des Kühlmediums in dem Kühlmedienkanal entlang der Lauflänge des Abgases im Abgaskanal vorzugsweise so variiert werden, dass eine möglichst gute Wärmeabfuhr bei möglichst homogener thermischer Belastung des Wärmetauscherkörpers möglich ist. Eine gewünschte Strömungsführung kann auch durch die geometrische Form der Strömungskδrper erreicht werden. Vorzugsweise sind derartige Strömungskörper in jedem Kühlmedienkanal angeordnet. Es ist jedoch auch möglich, derartige Strömungskörper gezielt in ausgewählten Kühlmedienkanälen anzuordnen. Damit kann die thermische Belastung des Wärmetauschers integral homogenisiert werden, wenn im Außenbereich des Wärmetauschers beispielsweise weitere Wärmequellen angeordnet sind, welche den Wärmetauscher durch Abwärme lokal aufheizen.
Vorzugsweise sind die Strömungskörper so angeordnet und/oder ausgebildet, dass eine optimierte Strömungsverteilung zur Regelung der Bauteiltemperatur des Bauteils Kreuzstrom- Wärmetauschers selbst und der Abgaskühlung erzielbar ist . Der Fachmann kann die bestmögliche Strömungsverteilung durch Form und Anordnung der Strömungskörper auswählen und an gegebene Rahmenbedingungen anpassen. Bevorzugt erfolgt dabei im Bereich des Ausgangs der Abgaskanäle ein geringerer Kühlmediendurchsatz als im Bereich des Eingangs der Abgaskanäle. Damit kann eine erhöhte Wärmeabfuhr am Eingang des Abgaskanals erreicht werden, an dem das Abgas seine maximale Temperatur aufweist, während am Ausgang, an dem das Abgas weitestgehend auf unkritische Temperaturen abgekühlt ist, weniger Wärme abgeführt wird. Sind die Strömungskörper im Bereich des Ausgangs der Abgaskanäle dichter angeordnet sind als im Bereich des Eingangs der Abgaskanäle, kann mit einer einfachen geeigneten Verteilung der Strömungskörper ein gewünschter Verlauf des Druckabfalls bzw. des Strömungswiderstandsverlauf entlang der Lauflänge des Abgaskanals eingestellt werden. Alternativ oder zusätzlich kann bei der Auslegung des Kreuzstrom- Wärmetauschers auch die Form der Strömungskörper so gewählt werden, dass eine gezielte Beeinflussung der Durchflussmenge und/oder des Druckabfalls sowie der Strömungsführung erfolgt. Dies lässt sich leicht für verschiedene Wärmetauscherdesigns und Leistungsanforderungen an den Kreuzstrom-Wärmetauscher anpassen.
In einer sehr günstigen Ausgestaltung der Erfindung sind die Strömungskörper zwischen den einen" Kühlmedienkanal begrenzenden Trennwänden ausgebildet. Eine solche Anordnung der Strδmungskörper ist zur Verbesserung der Bauteilsteifigkeit vorteilhaft und kann zusätzlich auch die thermische Funktion des Wärmetauschers verbessern.
Erfindungsgemäß ist ein derartiger Kreuzstromwärmetauscher in einer Abgasrückführeinrichtung in einem Fahrzeug eingesetzt.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung beschriebenen Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination, die der Fachmann zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen wird.
Dabei zeigen in schematischer Darstellung: Fig. 1 einen Schnitt durch einen bevorzugten Wärmetauscher,
Fig. 2 ein Detail eines Kühlmedienkanals, und
Fig. 3 eine Draufsicht auf eine Trennwand mit in einen Kühlmedienkanal ragenden Strömungselementen.
In den Figuren sind gleiche oder im Wesentlichen gleich bleibende Elemente grundsätzlich mit gleichen Bezugszeichen beziffert .
Wie in Figur 1 in schematischer Darstellung gezeigt, ist ein erfindungsgemäßer Kreuzstrom-Wärmetauscher 10 in Stapelbauweise ausgestaltet. Ein solcher Kreuzstrom- Wärmetauscher 10 ist beispielsweise in einer bevorzugten Abgasrückführeinrichtung in einem Fahrzeug einsetzbar. Eine solche, nicht dargestellte Abgasrückführeinheit ist stromab einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine angeordnet und führt Abgas zur Brennkraftmaschine zurück, welches betriebsabhängig mit Verbrennungsluft vermischt dem Verbrennungsvorgang der Brennkraftmaschine wieder zugeführt wird. Dabei wird das heiße Abgas in der Abgasrückführeinheit auf relativ niedrige Temperaturen abgekühlt.
Abgaskanäle 11 und Kühlkanäle 12 werden gebildet, indem Trennwände 13 aufeinander gestapelt werden und abwechselnd entsprechende durchströmbare Räume in Form dieser Abgaskanäle 11 und Kühlkanäle 12 bilden. Dabei wechseln sich in Stapelrichtung Abgaskanäle 11 und Kühlkanäle 12 ab. Die Abgaskanäle 11 sind quer, insbesondere senkrecht, zu den Kühlmedienkanälen 12 geführt. Die Abgaskanäle 11 weisen einen Eingang 21 mit einem Eintrittsquerschnitt 16 und einen Ausgang 22 mit einem Austrittsquerschnitt 17 auf; die Kühlmedienkanäle 12 weisen einen Eingang 23 mit einem Eintrittsquerschnitt 18 und einen Ausgang 24 mit einem nicht erkennbaren und nicht näher bezeichneten Austrittsquerschnitt auf (Figur 2) . Der Übersichtlichkeit wegen ist jeweils nur einer der Mehrzahl von Eingängen 21, 23 und Ausgängen 22 sowie der Eintrittsquerschnitte 16, 18 und
Austrittsquerschnitte 17 des Stapels von Trennwänden 13 mit Bezugszeichen beziffert. Nach außen ist der Kreuzstrom- Wärmetauscher 10 mit geeigneten, nicht dargestellten Außenwänden und Anschlüssen für die die Kühlmedienkanäle 12 und die Abgaskanäle 11 beaufschlagenden Medien versehen.
Heißes Abgas, gekennzeichnet durch Pfeile 14, strömt durch die Eingänge 21 in den Kreuzstrom-Wärmetauscher 10, und abgekühltes Abgas, gekennzeichnet durch Pfeile 15, tritt durch die Ausgänge 22 aus. Kaltes Kühlmedium, insbesondere Kühlwasser, tritt durch den jeweiligen Eintrittsquerschnitt 18 der Eingänge 23 in die einzelnen Kühlmedienkanäle 12. Die Strömungsrichtung des Abgases ist parallel zu der Zeichenebene, die Strömungsrichtung des Kühlmediums ist senkrecht zur Zeichenebene gerichtet. Vorzugsweise ist der Austrittsquerschnitt am Ausgang 24 des Kühlmedienkanals 12 gleich groß wie der Eintrittsquerschnitt 18 und der Austrittsquerschnitt 17 am Ausgang 22 des Abgaskanals 11 gleich groß wie der Eintrittsquerschnitt 16.
Der jeweilige Eingang 23 der einzelnen Kühlmedienkanäle 12 weist eine Breite W auf, die im Wesentlichen einer Länge der die Abgaskanäle 11 und Kühlmedienkanäle 12 bildenden Trennwände 13 entspricht. Die Kühlmedienkanäle 12 weisen dagegen eine durchströmte Länge L auf, die sehr viel kleiner ist als die Breite W des Eingangs 23, insbesondere ist die Länge L nur ein Bruchteil der Breite W. Durch die große Querschnittsfläche (Eintrittsquerschnitt 18) und die kurze Umströmungsstrecke (Länge L) ist ein sehr kleiner Druck¬ verlust in den Kühlmedienkanälen 12 erzielbar. Die gesamte zur Verfügung stehende Querschnittsfläche für das Kühlmedium ist die Summe der einzelnen Querschnittsflächen 18.
Dies ist anhand der Figur 2 näher erläutert, bei der ein einzelner Kühlmedienkanal 12 aus dem Kreuzstrom-Wärmetauscher 10 perspektivisch herausgestellt ist. Ein Kühlmedium, das durch einen Eintrittsquerschnitt 18 in einen Eingang 23 eintritt und durch einen Ausgang 24 austritt, ist durch einen Pfeil 19 gekennzeichnet, wobei das Kühlmedium über die ganze Breite W in den Kühlmedienkanal 12 eintritt. Der Kühlmedienkanal 12 weist eine Höhe H und eine durchströmte Länge L auf. Würde das Kühlmedium an der Seite eintreten, würde nur ein drastisch kleinerer Eintrittsquerschnitt mit entsprechend höherem Druckverlust zur Verfügung stehen. Würden beispielhaft für Länge L, Höhe H und Breite W die Werte L = 10 mm, H = 1 mm und W = 100 mm gesetzt, ergäbe sich für den Eintrittsquerschnitt 18 mit W-H ein Wert von 100 mm2, während den seitlichen Eintrittsquerschnitt mit L-H nur 10 mm2 ergäbe.
Für einen gegebenen Volumenstrom V ergibt sich für einen seitlichen Eintrittsquerschnitt ein deutlich größerer Druckverlust. Dabei ist in beiden Fällen dieselbe Oberfläche für die Wärmeübertragung verfügbar.
Wie aus der Figur 3 in Draufsicht auf eine Trennwand 13 eines Kühlmedienkanals 12 ersichtlich, weist in einer bevorzugten Ausgestaltung eine Oberfläche 25 der Trennwand 13 als Noppen ausgebildete Strömungskörper 20 auf, die die Steifigkeit des Kreuzstrom-Wärmetauschers 10 verbessern. Die Noppen sind vorzugsweise als Lötnoppen ausgebildet, welche bei der Herstellung bzw. beim Fügen, insbesondere Stanzen und Pressen, der Trennwände 13 vorteilhaft herstellungsbedingt vorgesehen sind. Die Strömungskörper können auch jede andere geometrische Form aufweisen, die für eine funktionsgerechte Strömungsführung notwendig sind.
Gleichzeitig beeinflussen die Strδmungskδrper 20 durch ihre Gestalt, Größe und Verteilung den Strömungswiderstand eines durch einen Eingang eintretenden Kühlmediums, das durch einen Pfeil 19 angedeutet ist, und/oder den Druckabfall über einer Lauflänge des Kühlmedienkanals 12. Während heißes Abgas (Pfeile 14) durch einen Eintrittsquerschnitt 16 eines Eingangs 21 in den Kreuzstrom-Wärmetauscher 10 eintritt und diesen durch einen Austrittsquerschnitt 17 eines Ausgangs 16 verlässt (Pfeile 15) , strömt das Kühlmedium senkrecht dazu durch einen Eingang 23 in den Kühlmedienkanal 12 und verlässt diesen durch einen Ausgang 24.
Die Strömungskörper 20 sind so angeordnet, dass kühlmedienkanalseitig im Bereich des Ausgangs 22 des Abgaskanals 11 ein geringerer Kühlmediendurchsatz vorliegt als im kühlmedienkanalseitigen Bereich des Eingangs 21 des Abgaskanals 11. Dabei sind die Strömungskörper 20 im Bereich des Ausgangs 22 dichter angeordnet sind als im Bereich des Eingangs 21. Oberhalb des Kühlmedienkanals ist in einer Teilfigur modellhaft eine Mengenverteilung 26 des Kühlmediums, welches den Kühlmedienkanal 12 verlässt, als Funktion der Breite W des Kühlmedienkanals 12 angegeben sowie einen Druckverlustverlauf 27 über der Breite W des Kühlmedienkanals 12. Die Mengenverteilung steigt vom Ausgang 22 zum Eingang 21 an, der Druckverlustverlauf 27 fällt vom Ausgang 22 zum Eingang 21 hin ab. Die Breite W des Kühlmedienkanals 12 entspricht vorzugsweise der Länge des Kreuzstrom-Wärmetauschers 10 für das Abgas. Im kühlmedienkanalseitigen Bereich des Eingangs 21 des Abgaskanals 11, der die höchsten Temperaturen durch das frische Abgas aufweist, tritt die größte Menge des Kühlmediums durch den Kühlmedienkanal 12 und der Druckverlust ist dort niedrig. Im kühlmedienkanalseitigen Bereich des Ausgangs 22 mit abgekühltem Abgas tritt eine deutlich geringere Kühlmedienmenge durch den Kühlmedienkanal 12. Der Durchsatz des Kühlmediums durch den Kühlmedienkanal 12 weist also entlang wenigstens einer Dimension des Kühlmedienkanals 12 einen Gradienten so auf, dass der Kühlmediendurchsatz von einem maximalen Wert homogen auf einen minimalen Wert abfällt. Entsprechend steigt der Druckverlust in wenigstens einer Dimension des Kühlmedienkanals 12 von einem minimalen Wert im kühlmedienkanalseitigen Bereich des Eingangs 21 des Abgaskanals 11 auf einen maximalen Wert im kühlmedienkanalseitigen Bereich des Ausgangs 22 des Abgaskanals 11.
Bezugszeichen
10 Kreuzstrom-Wärmetauscher
11 Abgaskanal
12 Kühlmedienkanal
13 Trennwand
14 heißes Abgas
15 kaltes Abgas
16 Eintrittsquerschnitt
17 Austrittsquerschnitt
18 Eintrittsquerschnitt
19 Kühlmedium
20 Strömungselement
21 Eingang
22 Ausgang
23 Eingang
24 Ausgang
25 Oberfläche
26 Mengenverteilung
27 Druckverlustverlauf
W Breite
L Länge
H Höhe

Claims

DaimlerChrysler AGPatentansprüche
1. Kreuzstrom-Wärmetauscher, insbesondere zur Abgaskühlung in einem Fahrzeug, bei dem Abgaskanäle (11) quer zu Kühlmedienkanälen (12) geführt sind, wobei die Abgaskanäle (11) und die Kühlmedienkanäle (12) einen Eingang (21, 23) mit einem Eintrittsquerschnitt (16, 18) und einen Ausgang (22, 24) mit einem Austrittsquerschnitt
(17) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bildung der Abgaskanäle (11) und der Kühlmedienkanäle (12) durchströmbare Räume bildende Trennwände (13) in Plattenbauweise angeordnet sind.
2. Kreuzstrom-Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Eingang (23) der einzelnen Kühlmedienkanäle (12) eine Breite (W) aufweist, die im Wesentlichen einer Länge der die Abgaskanäle (11) und Kühlmedienkanäle (12) bildenden Trennwände (13) entspricht.
3. Kreuzstrom-Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlmedienkanäle (12) eine durchströmte Länge (L) aufweisen, die kleiner ist als die größere der Abmessungen der den Eintrittsquerschnitt (18) bildenden Breite (W) und Höhe (H) des Kühlmedienkanals (12) .
4. Kreuzstrom-Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die den jeweiligen Kühlmedienkanal (12) begrenzenden Trennwände (13) in den jeweiligen Kühlmedienkanal (12) ragende Strömungskörper (20) aufweisen.
5. Kreuzström-Wärmetauscher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungskörper (20) so angeordnet und/oder ausgebildet sind, dass eine optimierte
Strömungsverteilung zur Regelung der Bauteiltemperatur und der Abgaskühlung erzielbar ist.
6. Kreuzstrom-Wärmetauscher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungskörper (20) so angeordnet und/oder ausgebildet sind, dass im Bereich des Ausgangs (22) der Abgaskanäle (11) ein geringerer Kühlmediendurchsatz erfolgt als im Bereich des Eingangs (16) der Abgaskanäle (H) -
7. Kreuzstrom-Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Strδmungskörper (20) im Bereich des Ausgangs (22) der Abgaskanäle (11) dichter angeordnet sind als im Bereich des Eingangs (16) der Abgaskanäle (11) .
8. Kreuzstrom-Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 4 bis
1, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungskörper (20) als Noppen zwischen den einen Kühlmedienkanal (12) begrenzenden Trennwänden (13) ausgebildet sind.
9. Abgasrückführeinrichtung in einem Fahrzeug mit einem Kreuzstrom-Wärmetauscher (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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