WO2007104491A1 - Wärmetauscher für ein kraftfahrzeug - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a heat exchanger for a motor vehicle according to the preamble of claim 1.
- the fluid is the exhaust gas of an internal combustion engine of the motor vehicle.
- a particularly large temperature difference of typically several 100 0 C is achieved in the fluid cooling, so that the adaptation of the flow resistance of the two downstream flow paths in the course of cooling of the exhaust gas is particularly effective.
- the first flow path has a smaller flow resistance than the second flow path.
- the region of the first flow path on average there is a higher temperature difference to the coolant than in the region of the second flow path.
- a high cooling capacity is already given due to the temperature difference. Due to the temperature of at least gaseous fluids, high pressure losses are present anyway in this region, so that the flow resistance, in particular the generation of turbulence to improve the heat transfer, can be kept relatively small in the first flow path.
- the fluid is already partially cooled, so that in the second flow path to obtain a sufficient heat transfer advantageously a greater flow resistance, in particular a larger proportion of turbulent flows, is present.
- turbulence-generating means are provided in at least one of the two flow paths, whereby the heat exchanger performance is improved.
- the turbulence-generating means are formed as protruding into the flow path formations of walls of the flow path. These may be dimples or so-called "winglets.”
- the turbulence-generating means may also be deposits defined in the flow path.
- ribs for enlarging a contact surface with the fluid may be arranged in the flow paths, the ribs having a different density in the first flow path and in the second flow path. Even in a case where, for example, are longitudinal ribs such as corrugated fins, in which predominantly laminar and less turbulent flows are formed, a different density of the ribs leads to different flow resistances.
- the flow resistances of the flow paths can therefore be influenced in principle both by generating turbulences and by influencing laminar flow fractions.
- the first flow path and the second flow path may each comprise a plurality of separate, parallel flow channels.
- the number of channels of the first flow path is different, in particular smaller, than the number of channels of the second flow path.
- the channels of the first flow path can each have a different, in particular larger, cross-sectional area than the channels of the second flow path.
- the flow resistance of an outer channel with respect to the deflection region is greater than the flow resistance of an inner channel of the same flow path.
- the first flow path preferably has a different, in particular larger, free cross-sectional area than the second flow path.
- free cross-sectional area is meant the geometric cross-sectional area for free flow of the fluid.
- the flow paths are arranged in a housing through which the coolant flows.
- the coolant is advantageously a liquid, in particular cooling liquid of a main cooling circuit of the motor vehicle. As a result, an overall effective cooling of the fluid is ensured.
- the heat exchanger comprises a connection region with a first connection for supplying the fluid to the first flow path and a second connection for discharging the fluid from the second flow path, thereby enabling a compact and cost-saving construction of the heat exchanger.
- an adjusting element is provided in the connection region, by means of which a direct connection of the first connection and the second connection for bypassing the flow paths is selec- adjustable adjustable. This makes it possible to bypass the cooling of the fluid selectable, which is desired especially in internal combustion engines of motor vehicles under certain operating conditions such as the warm-up phase of the engine.
- the flow paths and / or the flow channels are made of aluminum.
- the flow paths and / or the flow channels are made of stainless steel.
- the flow paths and / or the flow channels are made of aluminum and stainless steel.
- Fig. 1 shows a schematic perspective view of a general U-flow heat exchanger.
- Fig. 2 shows a schematic cross section through a first embodiment of a heat exchanger according to the invention.
- Fig. 3 shows a schematic cross section through a second embodiment of a heat exchanger according to the invention.
- 4 shows a schematic cross section through a third exemplary embodiment of a heat exchanger according to the invention.
- FIG. 1 shows a U-flow heat exchanger for cooling recirculated exhaust gas of a motor vehicle diesel engine, in which a first flow path 1 and a second flow path 2 are arranged parallel and next to each other within a housing 3.
- the housing 3 is flowed through by means of two ports 4, 5 of a liquid coolant, which is branched off from a main cooling circuit of the diesel engine.
- the flow paths 1, 2 each comprise a number of flow channels 6, 7, which are present are formed as flat tubes with rectangular cross-section.
- the cross section can in principle also have another, approximately round, shape.
- connection region 8 On a front side of the housing 3, a connection region 8 is arranged and connected by welding, which is shown separated from the housing 3 in Fig. 1 for reasons of clarity.
- the connection region 8 has a first connection 9 for supplying exhaust gas of a diesel engine of the motor vehicle and a second connection 10 for discharging the cooled exhaust gas.
- a control element 11 designed as a pivotable flap is provided, which is adjustable via a rotary shaft 12.
- the exhaust gas In a first position of the actuating element 11, which is shown in Fig. 1, the exhaust gas is passed from the first port 9 in the first flow path 1, where it first undergoes a first cooling. After flowing through the first flow path 1, the exhaust gas enters a deflecting region 13 arranged at the end of the housing 3.
- the deflection region 13 here is a substantially semi-cylindrical, hollow housing part, in which the exhaust gas flow is deflected by 180 °, after which it enters the second flow path 2.
- the second flow path 2 flows through the exhaust gas in the opposite direction to the first flow path 1, wherein it undergoes a further cooling.
- the exhaust gas re-enters the connection region 8, where, in the case of the first position of the control element 11 according to FIG. 1, it is guided into the second connection 10.
- the exhaust gas in the first flow path 1 a significantly higher average temperature level than in the second flow path 2.
- the flow resistances of the first flow path 1 and the second Flow path 2 designed differently:
- each of the flow paths 1, 2 comprises a bundle of in each case nine flow channels 6, 7, each having a rectangular cross section.
- the outer dimensions of the flow channels 6, 7 are each identical.
- the flow channels 6 of the first flow path 1 and the flow channels 7 of the second flow path 2 turbulence generating means in the form of indentations 6a, 7a, which have a different size.
- the impressions 6a of the first flow channels 6 protrude less deeply into the channel cross section into the indentations 7a of the second flow channels 7. In this way, the geometric free flow cross section of the second flow channels 7 becomes smaller compared to the geometric free cross section of the first flow channels 6.
- turbulence-generating means 6a, 7a can be dimples and / or winglets. Alternatively or additionally, it may also be known structured deposits, which are inserted into the flow channels 6, 7 and welded.
- the first flow path 1 is constructed as in the first embodiment.
- the second flow path 2 not only has different turbulence-generating means 7a, but also has a smaller number of flow channels 7 than the first flow path 1, which have a different outer dimension relative to the flow channels 6 of the first flow path 1.
- the second flow path comprises less flow channels 7 with a larger external dimension, is characterized by the deeper projecting
- the flow resistance of the second flow path in the second exemplary embodiment is somewhat smaller than the flow resistance of the second flow path in FIG first embodiment.
- each of the flow paths 1, 2 has in each case three parallel flat tubes 6, 7 as flow channels, which each have identical external dimensions.
- the flow channels 6, 7 are provided with rib-like inserts 6b, 7b, whereby the contact area between the exhaust gas flow and heat-conducting metal is increased.
- fewer fins are provided in the case of the flow channels 6 of the first flow path 1 than in the case of the flow channels 7 of the second flow path 2. Due to the larger fin density of the second flow path 2 with otherwise identical dimensions and numbers of the flow channels 6, 7, the second flow path 2 has a greater flow resistance than the first flow path 1.
- the third embodiment illustrates that even with predominantly laminar flows by appropriate design of the flow channels 6, 7 different flow resistance can be generated.
- the various approaches to achieve different flow resistances according to the described embodiments can be combined with each other as desired. It should be noted that in the case of exhaust gas heat exchangers not only the resulting flow resistance is an important criterion, but also other parameters such as the tendency for condensation of deposits, which preclude a constant effect of the heat exchanger over its lifetime. Such deposits are formed primarily in the cooler part of the exhaust stream. Therefore, it may also be advantageous in individual cases that the flow resistance of the second flow path is greater than the flow resistance of the first flow path, wherein the condensation of deposits is reduced by highly turbulent components.
- the fluid to be cooled is in particular exhaust gas.
- the fluid to be cooled charge air, oil, especially transmission oil, a water-containing cooling liquid, refrigerant of an air conditioner such as CO2.
- the heat exchanger is at least one exhaust gas cooler.
- the heat exchanger is at least one charge air cooler and / or an oil cooler and / or a coolant cooler and / or a condenser of an air conditioning system and / or an evaporator of an air conditioning system and / or a gas cooler of an air conditioning system.
- the heat exchanger is a combination of at least one exhaust gas cooler and at least one other of the aforementioned heat exchangers.
- the heat exchanger has a flow resistance of the flow path 1, which is between 0.1% and 300%, in particular between 1% and 100%, in particular between 5% and 80%, between 10% and 70%, between 20 % and 60%, between 30% and 50% is above the flow resistance of the flow path 2, preferably only 10% above the flow resistance of the flow path 2,
- the flow resistance of the first flow path 1 is below the flow resistance of the flow path 2
- Heat exchangers with a deflection region 13 are referred to as U-flow heat exchangers, since the fluid to be cooled flows in a first flow path up to a deflection section and flows back in a first flow path in the first flow path substantially in the opposite direction to the flow direction after deflection.
- the heat exchanger is designed as an I-flow heat exchanger, ie inflow side and outflow side of the fluid to be cooled lie on different sides of the heat exchanger, which are generally opposite each other.
- the heat exchanger is thus designed such that at least a portion of the cooling fluid through the at least one first flow path and / or at least a portion of the fluid to be cooled by the at least one second flow path flows.
- the at least one first and the at least one second flow path are substantially parallel to each other.
- the at least one first flow path has a different flow resistance than the at least one second flow path, wherein the flow resistance of the at least one first flow path is greater than or less than or equal to the flow resistance of the second flow path.
Abstract
Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher für ein Kraftfahrzeug, umfassend einen ersten Strömungspfad (1), einen dem ersten Strömungspfad (1) nachgeordneten Umlenkbereich (13), und einen dem Umlenkbereich (13) nachgeordneten zweiten Strömungspfad (2), wobei erster und zweiter Strömungspfad (1, 2) von einem zu kühlenden Fluid durchströmbar sind, und wobei erster und zweiter Strömungspfad (1, 2) zur Wärmeabführung von einem Kühlmittel umströmbar sind, wobei der zweite Strömungspfad (2) einen von dem ersten Strömungspfad (1) abweichenden Strömungswiderstand aufweist.
Description
Wärmetauscher für ein Kraftfahrzeug
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wärmetauscher für ein Kraftfahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Die Entwicklung von insbesondere Abgas-Wärmetauschern für Kraftfahrzeuge bringt besondere Anforderungen mit sich. So müssen erhebliche Tempe- raturdifferenzen bei oft sehr begrenztem Bauraum bewältigt werden, wobei der Druckabfall über den Wärmetauscher klein sein muss und wobei zudem weitere Probleme wie mögliche Kondensation und Bildung von hartnäckigen Ablagerungen zu beachten sind.
Hinsichtlich einer Anpassung an den begrenzten Bauraum haben sich sogenannte U-Flow-Bauweisen von Wärmetauschern als vorteilhaft erwiesen. Bei dieser Bauweise wird der Abgasstrom durch einen ersten Strömungspfad gelenkt, dann um zumeist 180 Grad umgelenkt und durch einen zweiten Strömungspfad zur weiteren Kühlung zurückgeführt. Dies ermöglicht einen kompakten Anschlussbereich mit benachbarter Zu- und Ableitung an einer Seite sowie eine kompakte und insbesondere relativ kurze Bauweise. Im direkten Vergleich mit z. B. gerade bauenden Wärmetauschern weisen U- Flow-Wärmetauscher bei gegebener Kühlleistung und gegebenem Bauraumvolumen zumeist einen höheren Strömungswiderstand auf.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen Wärmetauscher für ein Kraftfahrzeug anzugeben, der hinsichtlich seines Strömungswiderstandes verbessert ist.
Diese Aufgabe wird für einen eingangs genannten Wärmetauscher erfin- dungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Durch die unterschiedliche Auslegung der Strömungswiderstände der beiden einzelnen Strömungspfade wird der Gesamtströmungswiderstand bei gegebenem Wirkungsgrad und gegebener Baugröße optimiert, da der bereits erfolgten Kühlung des Fluids im ersten Strömungspfad bei Eintritt in den zwei- ten Strömungspfad Rechnung getragen wird. In bevorzugter Ausführung ist dabei das Fluid das Abgas eines Verbrennungsmotors des Kraftfahrzeugs. Bei der Kühlung von Abgas, die insbesondere zur Abgas-Rückführung zwecks Schadstoffreduktion von Dieselmotoren vorgenommen wird, wird eine besonders große Temperaturdifferenz von typisch mehreren 100 0C bei der Fluidkühlung erzielt, so dass die Anpassung der Strömungswiderstände der beiden einander nachgeordneten Strömungspfade im Verlauf der Kühlung des Abgases besonders wirkungsvoll ist.
Vorteilhaft weist dabei der erste Strömungspfad einen kleineren Strömungs- widerstand auf als der zweite Strömungspfad. Im Bereich des ersten Strömungspfades liegt durchschnittlich eine höhere Temperaturdifferenz zum Kühlmittel vor als im Bereich des zweiten Strömungspfades. Hierdurch ist bereits aufgrund der Temperaturdifferenz eine hohe Kühlleistung gegeben. In diesem Bereich liegen zudem aufgrund der Temperatur zumindest von gasförmigen Fluiden ohnehin hohe Druckverluste vor, so dass der Strömungswiderstand, hierbei insbesondere die Erzeugung von Turbulenzen zur Verbesserung des Wärmeübergangs, in dem ersten Strömungspfad relativ klein gehalten werden kann. Bei Eintritt in den zweiten Strömungspfad ist das Fluid bereits teilweise abgekühlt, so dass im zweiten Strömungspfad zur Erlangung eines ausreichenden Wärmeübergangs vorteilhaft ein größerer Strömungswiderstand, insbesondere ein größerer Anteil an turbulenten Strömungen, vorliegt. Auf diese Weise wird insgesamt eine Optimierung der Wärmetauscherleistung unter Berücksichtigung des möglichst geringen gesamten Druckabfalls über dem Wärmetauscher erzielt.
In bevorzugter Ausführungsform sind in zumindest einem der beiden Strömungspfade turbulenzerzeugende Mittel vorgesehen, wodurch die Wärmetauscherleistung verbessert wird. Bevorzugt sind die turbulenzerzeugenden Mittel als in den Strömungspfad ragende Ausformungen von Wänden des Strömungspfads ausgebildet. Hierbei kann es sich um Dimpel oder sogenannte „Winglets" (V-förmig ausgerichtete, eingeprägte Stege), handeln. Alternativ oder ergänzend kann es sich bei den turbulenzerzeugenden Mitteln auch um in dem Strömungspfad festgelegte Einlagen handeln. Solche Einlagen können zum Beispiel Stegrippen oder Wellrippen oder Ähnliches sein. Grundsätzlich sind sämtliche turbulenzerzeugenden Mittel, die aus dem Stand der Technik bekannt sind, im Sinne der vorliegenden Erfindung geeignet. Wesentlich ist lediglich die unterschiedliche Auslegung der Strömungswiderstände im ersten Strömungspfad und im zweiten Strömungspfad.
Weiterhin alternativ oder ergänzend können in den Strömungspfaden Rippen zur Vergrößerung einer Kontaktfläche mit dem Fluid angeordnet sein, wobei die Rippen in dem ersten Strömungspfad und in dem zweiten Strömungspfad eine unterschiedliche Dichte aufweisen. Auch in einem Fall, bei dem es sich zum Beispiel um Längsrippen wie etwa Wellrippen handelt, bei dem vorwiegend laminare und weniger turbulente Strömungen ausgebildet werden, führt eine unterschiedliche Dichte der Rippen zu unterschiedlichen Strömungswiderständen. Die Strömungswiderstände der Strömungspfade sind daher grundsätzlich sowohl durch Erzeugung von Turbulenzen als auch durch Beeinflussung laminarer Strömungsanteile beeinflussbar.
Weiterhin alternativ oder ergänzend können der erste Strömungspfad und der zweite Strömungspfad jeweils eine Mehrzahl von separaten, parallelen Strömungskanälen umfassen. Bevorzugt ist dabei die Anzahl der Kanäle des ersten Strömungspfads unterschiedlich, insbesondere kleiner, als die Anzahl der Kanäle des zweiten Strömungspfads. Alternativ oder ergänzend können die Kanäle des ersten Strömungspfads jeweils eine unterschiedliche, insbesondere größere, Querschnittsfläche aufweisen als die Kanäle des zweiten Strömungspfads. Auf jede der genannten Weisen kann eine geeignete Anpassung der Strömungswiderstände der Strömungspfade unter Berücksichti- gung der geforderten Betriebsbedingungen des Wärmetauschers erfolgen.
Zur weiteren Verbesserung ist es zudem vorteilhaft vorgesehen, dass die Kanäle eines Strömungspfades untereinander verschiedene Strömungswiderstände aufweisen. Besonders vorteilhaft ist der Strömungswiderstand eines bezüglich des Umlenkbereichs außenliegenden Kanals größer als der Strömungswiderstand eines innenliegenden Kanals des gleichen Strömungspfads. Hierdurch wird eine weitere Feinoptimierung erreicht, da die Strömungswege, Strömungsgeschwindigkeiten und Temperaturen des FIu- idstroms über den Querschnitt eines der Strömungspfade im allgemeinen variieren.
Allgemein bevorzugt weist der erste Strömungspfad eine gegenüber dem zweiten Strömungspfad unterschiedliche, insbesondere größere, freie Querschnittsfläche auf. Unter der freien Querschnittsfläche ist dabei die geometrische Querschnittsfläche zur freien Durchströmung des Fluids gemeint.
Vorteilhaft sind die Strömungspfade in einem von dem Kühlmittel durchströmten Gehäuse angeordnet. Weiterhin vorteilhaft ist dabei das Kühlmittel eine Flüssigkeit, insbesondere Kühlflüssigkeit eines Hauptkühlkreislaufs des Kraftfahrzeugs. Hierdurch ist insgesamt eine effektive Kühlung des Fluids gewährleistet.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst der Wärmetauscher einen Anschlussbereich mit einem ersten Anschluss zur Zuleitung des Fluids zu dem ersten Strömungspfad und einem zweiten Anschluss zur Ab- leitung des Fluids von dem zweiten Strömungspfad, wodurch eine kompakte und kostensparende Bauweise des Wärmetauschers ermöglicht ist. In weiterhin bevorzugter Ausführung ist in dem Anschlussbereich ein Stellelement vorgesehen, mittels dessen eine unmittelbare Verbindung von erstem Anschluss und zweiten Anschluss zur Umgehung der Strömungspfade selek- tierbar einstellbar ist. Hierdurch lässt sich die Kühlung des Fluids selektierbar umgehen, was gerade bei Verbrennungsmotoren von Kraftfahrzeugen unter bestimmten Betriebsbedingungen wie etwa der Warmlaufphase des Motors gewünscht ist.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind die Strömungspfade und/oder die Strömungskanäle aus Aluminium ausgebildet.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind die Strömungspfade und/oder die Strömungskanäle aus Edelstahl ausgebildet.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind die Strömungspfade und/oder die Strömungskanäle aus Aluminium und aus Edelstahl ausgebildet.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie aus den abhängigen Ansprüchen.
Nachfolgend werden drei bevorzugte Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers beschrieben und anhand der anliegenden Zeichnungen näher erläutert.
Fig. 1 zeigt eine schematische räumliche Ansicht eines allgemeinen U- Flow-Wärmetauschers.
Fig. 2 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers. Fig. 3 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers. Fig. 4 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers.
Fig. 1 zeigt einen U-Flow-Wärmetauscher zur Kühlung von rückgeführtem Abgas eines Kraftfahrzeug-Dieselmotors, bei dem ein erster Strömungspfad 1 und ein zweiter Strömungspfad 2 parallel und nebeneinander innerhalb eines Gehäuses 3 angeordnet sind. Das Gehäuse 3 wird mittels zweier Anschlüsse 4, 5 von einem flüssigen Kühlmittel durchströmt, das aus einem Hauptkühlkreislauf des Dieselmotors abgezweigt ist. Die Strömungspfade 1 , 2 umfassen jeweils eine Anzahl von Strömungskanälen 6, 7, die vorliegend
als Flachrohre mit rechteckigem Querschnitt ausgebildet sind. Der Querschnitt kann grundsätzlich auch eine andere, etwa runde, Form aufweisen.
Jedes der Rohre 6, 7 wird innerhalb des Gehäuses 3 von dem flüssigen Kühlmittel umströmt. An einer vorderen Seite des Gehäuses 3 ist ein Anschlussbereich 8 angeordnet und durch Verschweißung verbunden, der in Fig. 1 aus Gründen der Übersichtlichkeit separiert von dem Gehäuse 3 dargestellt ist. Der Anschlussbereich 8 weist einen ersten Anschluss 9 zur Zuführung von Abgas eines Dieselmotors des Kraftfahrzeugs sowie einen zwei- ten Anschluss 10 zur Abführung des gekühlten Abgases auf. Innerhalb des Anschlussbereichs 8 ist ein als schwenkbare Klappe ausgebildetes Stellelement 11 vorgesehen, welches über eine Drehwelle 12 verstellbar ist. In einer ersten Stellung des Stellelements 11 , die in Fig. 1 dargestellt ist, wird das Abgas von dem ersten Anschluss 9 in den ersten Strömungspfad 1 geleitet, wo es zunächst eine erste Kühlung erfährt. Nach Durchströmen des ersten Strömungspfades 1 tritt das Abgas in einen endseitig des Gehäuses 3 angeordneten Umlenkbereich 13 ein.
Der Umlenkbereich 13 ist hier ein im wesentlichen halbzylindrisches, hohles Gehäuseteil, in dem der Abgasstrom um 180° umgelenkt wird, wonach er in den zweiten Strömungspfad 2 eintritt. Den zweiten Strömungspfad 2 durchströmt das Abgas in zu dem ersten Strömungspfad 1 entgegengesetzter Richtung, wobei es eine weitere Abkühlung erfährt. Bei Verlassen des zweiten Strömungspfades 2 tritt das Abgas wieder in den Anschlussbereich 8 ein, wo es im Fall der ersten Stellung des Stellelementes 11 gemäß Fig. 1 in den zweiten Anschluss 10 geführt wird.
Bei einer anderen, nicht dargestellten Stellung des Stellelementes 11 wird das Abgas an einer Durchströmung der Strömungspfade 1 , 2 gehindert, wo- bei es unmittelbar von dem ersten Anschluss 9 in den zweiten Anschluss 10 geleitet wird. Hierbei erfährt es keine wesentliche Abkühlung, so dass diese Betriebsart vornehmlich bestimmten Betriebsbedingungen wie etwa einer Warmlaufphase des Verbrennungsmotors zugeordnet ist („Bypass-Betrieb").
Im Fall der ersten Stellung des Stellelementes 8 weist das Abgas im ersten Strömungspfad 1 ein deutlich höheres mittleres Temperaturniveau auf als in dem zweiten Strömungspfad 2. Zur Optimierung der Wärmetauscherleistung insbesondere unter Berücksichtigung eines möglichst geringen gesamten Strömungswiderstandes sind die Strömungswiederstände des ersten Strömungspfades 1 und des zweiten Strömungspfads 2 unterschiedlich gestaltet:
Bei einem ersten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 umfasst jeder der Strömungspfade 1 , 2 ein Bündel von jeweils neun Strömungskanälen 6, 7 von jeweils rechteckigem Querschnitt. Die Außenmaße der Strömungskanäle 6, 7 sind dabei jeweils identisch. Allerdings weisen die Strömungskanäle 6 des ersten Strömungspfades 1 sowie die Strömungskanäle 7 des zweiten Strömungspfades 2 turbulenzerzeugende Mittel in Form von Einprägungen 6a, 7a auf, die eine unterschiedliche Größe haben. Die Einprägungen 6a der ersten Strömungskanäle 6 ragen weniger tief in den Kanalquerschnitt hinein die Einprägungen 7a der zweiten Strömungskanäle 7. Hierdurch wird der geometrische freie Strömungsquerschnitt der zweiten Strömungskanäle 7 im Vergleich zu dem geometrischen freien Querschnitt der ersten Strömungskanäle 6 kleiner. Zudem werden in den zweiten Strömungskanälen 7 durch die tiefer einragenden turbulenzerzeugenden Mittel 7a mehr Turbulenzen in den Abgasstrom eingebracht als in den ersten Strömungskanälen 6. Bei den turbulenzerzeugenden Mitteln 6a, 7a kann es sich um Dimpel und/oder Winglets handeln. Alternativ oder ergänzend kann es sich auch um an sich bekannte strukturierte Einlagen handeln, die in die Strömungskanäle 6, 7 eingeschoben und verschweißt sind.
Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 ist der erste Strömungspfad 1 ebenso wie im ersten Ausführungsbeispiel aufgebaut. Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel weist der zweite Strömungspfad 2 nicht nur unterschiedliche turbulenzerzeugende Mittel 7a auf, sondern hat auch eine gegenüber dem ersten Strömungspfad 1 kleinere Anzahl von Strömungskanälen 7, welche jeweils gegenüber den Strömungskanälen 6 des ersten Strömungspfads 1 ein anderes Außenmaß aufweisen. Obwohl im zweiten Ausführungsbeispiel der zweite Strömungspfad weniger Strömungskanäle 7 mit dafür größerem Außenmaß umfasst, wird durch die tiefer einragenden
turbulenzerzeugenden Mittel 7a insgesamt für den zweiten Strömungspfad 2 ein größerer Strömungswiderstand erzeugt als für den ersten Strömungspfad 1. Durch die geänderte Anzahl und Außengeometrie der Strömungskanäle 7 ist der Strömungswiderstand des zweiten Strömungspfades im zweiten Aus- führungsbeispiel etwas kleiner ist als der Strömungswiderstand des zweiten Strömungspfades im ersten Ausführungsbeispiel.
In dem dritten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 weist jeder der Strömungspfade 1 , 2 jeweils drei parallele Flachrohre 6, 7 als Strömungskanäle auf, die jeweils identische Außenmaße aufweisen. Die Strömungskanäle 6, 7 sind mit rippenartigen Einlagen 6b, 7b versehen, wodurch die Kontaktfläche zwischen Abgasstrom und wärmeleitendem Metall vergrößert wird. Zur Bereitstellung unterschiedlicher Strömungswiderstände des ersten und zweiten Strömungspfads 1 , 2 sind im Fall der Strömungskanäle 6 des ersten Strömungs- pfads 1 weniger Rippen vorgesehen als im Fall der Strömungskanäle 7 des zweiten Strömungspfads 2. Aufgrund der größeren Rippendichte des zweiten Strömungspfads 2 bei ansonsten gleichen Abmessungen und Anzahlen der Strömungskanäle 6, 7 hat der zweite Strömungspfad 2 einen größeren Strömungswiderstand als der erste Strömungspfad 1. Das dritte Ausfüh- rungsbeispiel verdeutlicht, dass auch bei vorwiegend laminaren Strömungen durch entsprechender Auslegung der Strömungskanäle 6, 7 unterschiedliche Strömungswiderstände erzeugt werden können.
Die verschiedenen Ansätze zur Erzielung unterschiedlicher Strömungswider- stände gemäß der beschriebenen Ausführungsbeispiele können beliebig miteinander kombiniert werden. Dabei ist zu berücksichtigen, dass im Fall von Abgas-Wärmetauschern nicht nur der resultierende Strömungswiderstand ein wichtiges Kriterium ist, sondern auch andere Parameter wie die Neigung zur Kondensation von Ablagerungen, die einer konstanten Wirkung des Wärmetauschers über seine Lebensdauer entgegenstehen. Solche Ablagerungen bilden sich vornehmlich im kühleren Teil des Abgasstroms. Daher kann es im Einzelfall auch vorteilhaft sein, dass der Strömungswiderstand des zweiten Strömungspfads größer ist als der Strömungswiderstand des ersten Strömungspfads, wobei die Kondensation von Ablagerungen durch stark turbulente Anteile verringert wird.
Das zu kühlende Fluid ist insbesondere Abgas. In einer anderen Ausführung ist das zu kühlende Fluid Ladeluft, Öl, insbesondere Getriebeöl, eine wasserhaltige Kühlflüssigkeit, Kältemittel einer Klimaanlage wie CO2.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Wärmetauscher zumindest ein Abgaskühler. In einem anderen Ausführungsbeispiel ist der Wärmetauscher zumindest ein Ladeluftkühler und/oder ein Ölkühler und/oder ein Kühlmittelkühler und/oder ein Kondensator einer Klimaanlage und/oder ein Ver- dampfer einer Klimaanlage und/oder ein Gaskühler einer Klimaanlage. In einem anderen Ausführungsbeispiel ist der Wärmetauscher eine Kombination aus zumindest einem Abgaskühler und zumindest einem anderen der zuvor genannten Wärmetauscher.
In einer anderen Ausführung weist der Wärmetauscher einen Strömungswiderstand des Strömungspfades 1 auf, der zwischen 0,1% und zu 300%, insbesondere zwischen 1% und 100%, insbesondere zwischen 5% und 80%, zwischen 10% und 70%, zwischen 20% und 60%, zwischen 30% und 50% über dem Strömungswiderstand des Strömungspfades 2 liegt, vorzugsweise nur um 10% über dem Strömungswiderstand des Strömungspfades 2,
In einer anderen Ausführungsform liegt der Strömungswiderstand des ersten Strömungspfades 1 unter dem Strömungswiderstand des Strömungspfad 2
Wärmetauscher mit einem Umlenkbereich 13 werden als U-Flow- Wärmetauscher bezeichnet, da das zu kühlende Fluid in einem ersten Strömungspfad bis zu einem Umlenkabschnitt strömt und nach dem Umlenken in einem zweiten Strömungspfad im Wesentlichen in entgegengesetzter Richtung zur Strömungsrichtung im ersten Strömungspfad zückströmt. In einer anderen Ausführung ist der Wärmetauscher als I-Flow Wärmetauscher ausgebildet, d.h. Einströmseite und Ausströmseite des zu kühlenden Fluids liegen auf verschieden zumeist einander gegenüberliegenden Seiten des Wärmetauschers. Der Wärmetauscher ist also derart ausgebildet, dass zumindest ein Teil des kühlenden Fluids durch den zumindest einen ersten Strömungspfad und/oder zumindest ein Teil des zu kühlenden Fluids durch
den zumindest einen zweiten Strömungspfad strömt. Der zumindest eine erste und der zumindest eine zweite Strömungspfad verlaufen im Wesentlichen parallel zu einander.
Der zumindest eine erste Strömungspfad weist einen anderen Strömungswi- derstand als der zumindest eine zweite Strömungspfad auf, wobei der Strömungswiderstand des zumindest einen ersten Strömungspfads größer oder kleiner oder gleich dem Strömungswiderstand des zweiten Strömungspfads ist.
Die vorbeschriebenen Beispiele skizzieren jeweils Bauformen von Rohrbün- del-Wärmetauschern. Die Erfindung ist nicht hierauf beschränkt, sondern erstreckt sich auch auf Scheibenbauweisen und andere Bauweisen, bei denen der Abgasstrom nacheinander verschiedene Strömungspfade durchläuft.
Claims
1. Wärmetauscher für ein Kraftfahrzeug, umfassend einen ersten Strömungspfad (1), einen dem ersten Strömungspfad (1) nachgeordneten Umlenkbereich (13), und einen dem Umlenkbereich (13) nachgeordneten zweiten Strömungs- pfad (2), wobei erster und zweiter Strömungspfad (1 , 2) von einem zu kühlenden Fluid durchströmbar sind, und wobei erster und zweiter Strömungspfad (1 , 2) zur Wärmeabführung von einem Kühlmittel umströmbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Strömungspfad (2) einen von dem ersten Strömungspfad (1) abweichenden Strömungswiderstand aufweist.
2. Wärmetauscher nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid Abgas eines Verbrennungsmotors des Kraftfahrzeugs ist.
3. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Strömungspfad (1) einen kleineren Strömungswiderstand aufweist als der zweite Strömungspfad (2).
4. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Strömungspfad (1) einen größeren Strömungswiderstand aufweist als der zweite Strömungspfad (2).
5. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in zumindest einem der beiden Strömungspfade (1 , 2) turbulenzerzeugende Mittel (6a, 7a) vorgesehen sind.
6. Wärmetauscher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die turbulenzerzeugenden Mittel (6a, 7a) als in den Strömungspfad (6, 7) ragende Ausformungen von Wänden des Strömungspfads ausgebildet sind.
7. Wärmetauscher nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die turbulenzerzeugenden Mittel als in dem Strömungspfad (1 , 2) festgelegte Einlagen ausgebildet sind.
8. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in den Strömungspfaden (1 , 2) Rippen (6b, 7b) zur Vergrößerung einer Kontaktfläche mit dem Fluid angeordnet sind, wobei die Rippen (6b, 7b) in dem ersten Strömungspfad (1) und in dem zweiten Strömungspfad (2) eine unterschiedliche Dichte aufweisen.
9. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Strömungspfad (1) und der zweite Strömungspfad (2) jeweils eine Mehrzahl von separaten, parallelen Strömungskanälen (6, 7) umfassen.
10. Wärmetauscher nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Kanäle (6) des ersten Strömungspfads unterschiedlich, insbesondere kleiner, ist als die Anzahl der Kanäle (7) des zweiten Strömungspfads.
11. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanäle (6) des ersten Strömungspfads jeweils eine unterschiedliche, insbesondere größere, Querschnittsfläche aufweisen als die Kanäle (7) des zweiten Strömungspfads.
12. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 9 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Kanäle (6, 7) eines Strömungspfads untereinander verschiedene Strömungswiderstände aufweisen.
13. Wärmetauscher nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungswiderstand eines bezüglich des Umlenkbereichs (13) außenliegenden Kanals größer ist als der Strömungswiderstand eines innenliegenden Kanals des gleichen Strömungspfads.
14. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Strömungspfad (1) eine gegenüber dem zweiten Strömungspfad (2) unterschiedliche, insbesondere größere, freie Querschnittsfläche aufweist.
15. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungspfade (1 , 2) in einem von dem Kühlmittel durchströmten Gehäuse (3) angeordnet sind.
16. Wärmetauscher nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmittel eine Flüssigkeit, insbesondere Kühlflüssigkeit eines
Hauptkühlkreislaufs des Kraftfahrzeugs, ist.
17. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend einen Anschlussbereich (8) mit einem ersten Anschluss (9) zur Zuleitung des Fluids zu dem ersten Strömungspfad (1) und einem zweiten Anschluss (10) zur Ableitung des Fluids von dem zweiten Strömungspfad (2).
18. Wärmetauscher nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlussbereich (8) ein Stellelement (11) umfasst, mittels dessen eine unmittelbare Verbindung von erstem Anschluss (9) und zweitem Anschluss (10) zur Umgehung der Strömungspfade (1 , 2) selektierbar einstellbar ist.
19. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 9 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungspfade (1 ,2), insbesondere die Strömungskanäle (6,7) aus Aluminium und/oder aus Edelstahl ausgebildet sind.
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