WO2008092677A1 - Wärmetauscher - Google Patents

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WO2008092677A1
WO2008092677A1 PCT/EP2008/000750 EP2008000750W WO2008092677A1 WO 2008092677 A1 WO2008092677 A1 WO 2008092677A1 EP 2008000750 W EP2008000750 W EP 2008000750W WO 2008092677 A1 WO2008092677 A1 WO 2008092677A1
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WO
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chamber
heat exchanger
housing
fluid
separating
Prior art date
Application number
PCT/EP2008/000750
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English (en)
French (fr)
Inventor
Michael Schmidt
Ulrich Maucher
Jürgen BARWIG
Tobias Fetzer
Hans-Ulrich Steurer
Peter Geskes
Jens Ruckwied
Original Assignee
Behr Gmbh & Co. Kg
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Filing date
Publication date
Application filed by Behr Gmbh & Co. Kg filed Critical Behr Gmbh & Co. Kg
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F28D7/0066—Multi-circuit heat-exchangers, e.g. integrating different heat exchange sections in the same unit or heat-exchangers for more than two fluids
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/0066—Multi-circuit heat-exchangers, e.g. integrating different heat exchange sections in the same unit or heat-exchangers for more than two fluids
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    • F28D7/0091—Multi-circuit heat-exchangers, e.g. integrating different heat exchange sections in the same unit or heat-exchangers for more than two fluids with units having particular arrangement relative to a supplementary heat exchange medium, e.g. with interleaved units or with adjacent units arranged in common flow of supplementary heat exchange medium the supplementary medium flowing in series through the units
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    • F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/16—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation
    • F28D7/1684—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation the conduits having a non-circular cross-section
    • F28D7/1692—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation the conduits having a non-circular cross-section with particular pattern of flow of the heat exchange media, e.g. change of flow direction
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/02—Header boxes; End plates
    • F28F9/0219—Arrangements for sealing end plates into casing or header box; Header box sub-elements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
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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
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    • F28D21/0001—Recuperative heat exchangers
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    • F28F9/22—Arrangements for directing heat-exchange media into successive compartments, e.g. arrangements of guide plates
    • F28F2009/222—Particular guide plates, baffles or deflectors, e.g. having particular orientation relative to an elongated casing or conduit
    • F28F2009/224—Longitudinal partitions
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F28F2009/222—Particular guide plates, baffles or deflectors, e.g. having particular orientation relative to an elongated casing or conduit
    • F28F2009/226—Transversal partitions

Definitions

  • Heat exchanger exhaust gas recirculation system and use of a heat exchanger
  • the invention relates to a heat exchanger for two-stage heat exchange between a first fluid on the one hand and a second and third fluid of different temperature on the other hand, comprising: a block for the separate and heat exchanging guidance of the first and the second and third fluid, comprising: a number of the first fluid flow-through flow channels, a first the flow channels receiving, of the second fluid can flow through the chamber of a high-temperature part, and a second flow channels receiving, of the third fluid flow-through chamber of a low-temperature part, and a housing in which the first and second chambers and the flow channels are arranged.
  • the exhaust gas recirculation in particular the cooled exhaust gas recirculation is used in today's vehicles due to legal provisions to reduce particulate matter and pollutant, especially a nitrogen oxide (NO x ) - emission.
  • EGR exhaust gas recirculation
  • a portion of the exhaust gas is removed from the exhaust gas line at an appropriate point in an exhaust gas recirculation system, cooled and fed back to a motor on the fresh charge side.
  • the lowering of an oxygen partial pressure associated with the EGR results in lower peak combustion temperatures, which in turn results in lower rates of formation of thermal NO x .
  • the cooling of the recirculated exhaust gas additionally amplifies the effect.
  • the said principle has proved to be particularly effective in the passenger car sector.
  • An applicant's exhaust gas recirculation system is described in more detail, for example, in DE 60 024 390 T2 and shows a single-stage exhaust gas cooler which, with the aid of a coolant circuit coupled to the engine cooling water, adjusts the exhaust gas to discharge temperatures of up to 110 ° C., depending on the size of the exhaust gas cooler ° can cool down.
  • a two-stage exhaust gas cooling system according to which a second low-temperature heat exchanger is arranged behind a first high-temperature heat exchanger, the latter being coupled to a high-temperature cooling circuit for recooling and the latter being coupled to a low-temperature cooling circuit.
  • the low-temperature cooling circuit can have coolant inlet temperatures in the range of 40-60 C °.
  • Embodiments of this type are known from the applicant, for example from DE10203003A1, in which a two-stage heat exchanger with a bypass channel is described in more detail.
  • the accommodation of a block with a high-temperature part and a low-temperature part for heat exchange in a common housing has the advantage that comparatively few components are needed to realize a two-stage heat exchanger - on the other hand, this makes a comparatively improved separation of the high-temperature part and low-temperature part necessary.
  • the separation quality between the high-temperature part and the low-temperature part of the two-stage heat exchanger should be adaptable.
  • a separation between an oil-based and water-based coolant should be particularly good, while in the event that the second and third fluid is formed in the form of similar coolant leaks are generally tolerable, but kept as low as possible leakage rates between a high-temperature part and a low-temperature part should be.
  • Object of the present invention is to provide a two-stage heat exchanger, which has a relatively simple design and yet has a demand-adapted and safe separation of a high-temperature part and low-temperature part. In any case, a possibly adjusted demand, leakage rate between a high-temperature part and a low-temperature part should be kept relatively low.
  • the object is achieved by the invention with a heat exchanger of the type mentioned, in which according to the invention, the first chamber and the second chamber are separated by a separating surface, which is fixed in a groove.
  • the separating surface can be formed in the form of an arbitrary planar arrangement.
  • the separating surface is formed in the form of a separating base, ie in the form of a substantially one-piece, flat plate or the like flat part.
  • the invention is based on the consideration that a definition of the interface should be equally safe in mechanical and hydraulic terms as well as simple in terms of manufacturing effort.
  • the invention has recognized that the determination of the separation surface in the groove in the two-stage heat exchanger can be done in a simple manner and on the other hand allows a secure separation between the high-temperature part and low-temperature part.
  • the concept of the invention preferably makes it possible for the first chamber and the second chamber to be separated from one another in a fluid-tight manner by the separating surface.
  • the high-temperature part and the low-temperature part depending on requirements and completely fluid-tight against each other sealed.
  • a leakage current which is nevertheless comparatively low and needs-based.
  • This variability can be achieved by various other types of fixing of the dividing floor in the groove.
  • the separating surface for fluid-tight separation of the high-temperature part and low-temperature part for example, be positively connected in the groove.
  • the separation surface can also be used under admission of an acceptable leakage rate without further form-fitting measures only in the groove and be held independently by the structural design of the same.
  • the concept of the invention allows a needs-adapted type of further sealing measures for further control of a possible leakage rate or to completely suppress the same.
  • the heat exchanger is formed in the form of an exhaust gas cooler.
  • the first fluid is expediently a recirculated exhaust gas.
  • the second and third fluid is in each case in the form of a coolant - when operating at different temperatures - formed.
  • the housing from a metal or a non-metal.
  • austenitic steel or aluminum has proved to be advantageous as the metal.
  • a non-metal in particular a plastic, a fiber composite, a ceramic or mixtures thereof has been found to be useful.
  • a separating surface in particular a separating bottom, may consist of a metal or a non-metal.
  • stainless steel or aluminum or alloys thereof has proven to be a preferred type of metal.
  • a non-metal in particular a plastic or a hard rubber has proven to be particularly advantageous.
  • a fiber composite, a ceramic or mixtures thereof is also suitable.
  • first chamber and the second chamber can be fluid-tight, in particular leak-free, separated from one another by the separating surface. This is particularly advantageous in the event that the first fluid and the second fluid are different in material, for example, in the case where the first fluid is oil-based and the second fluid is water-based.
  • the concept of the invention allows various other possibilities of sealing down the separating surface, in particular of the separating bottom, in the groove.
  • the interface is defined with a seal in the groove.
  • the parting surface may be defined in the groove via an adhesive.
  • it has proved to be advantageous to use the separating surface in FIG To provide a groove associated with the edge region with a rubber and / or a polymer coating. This measure may be provided in addition to or in combination with the aforementioned measures.
  • the concept of the invention leads to a first variant of a design which is also referred to as a U-flow arrangement.
  • the first chamber and the second chamber are arranged side by side in the housing and the chambers each have juxtaposed flow channels, wherein the flow channels of the first and the second chamber sequentially and in parallel opposite to flow through the first fluid.
  • the realization of the separation surface in the form of a separating bottom has proved to be particularly advantageous.
  • the housing can be realized in one piece in this first variant, which reduces the component requirement and thus is conducive to a comparatively simple Kassettechniksrea and low cost in the realization of the heat exchanger.
  • the flow channels of the first and the second chamber may be of different numbers.
  • the heat exchanger can, if necessary, be adapted advantageously to the flow requirements of the first fluid.
  • an aforementioned floor can be determined particularly advantageous on the housing according to further developments.
  • the bottom is held in an undercut of the housing.
  • a bottom may preferably be held in a socket fixed to the housing.
  • the seal is arranged in a groove and / or an angle of the housing and / or the floor.
  • a heat exchanger has at one end a deflection cap for transferring the first fluid from the flow channels of the first chamber into the flow channels of the second chamber.
  • the deflection cap is realized in the form of an uncooled deflection cap. It has been found that, with a suitable design of the first chamber, a deflection of the flow between outflow in the first chamber and backflow in the second chamber can be dispensed with.
  • the chamber design can rely mainly on appropriate materials or heat transfer means.
  • the bottom in the housing is fixed in such a way that it is sufficiently surrounded by the coolant, that is to say the second and / or third fluid.
  • a second variant of the invention provides for the formation of the heat exchanger in a so-called I-flow arrangement.
  • the first chamber and the second chamber are arranged on the cross section side one behind the other in the housing and each have one behind the other.
  • the flow channels of the first and the second chamber are identical and executed throughout. This measure has proven to be advantageous in terms of cost savings and pressure loss reduction, since this can eliminate a transition point for the first fluid and the number of tubes required for the flow channels is practically halved.
  • the housing is made in two parts of two or optionally a plurality of housing parts.
  • the groove for fixing the dividing floor can be provided completely in one of the housing parts. It has proven to be particularly preferable for the groove to be formed by both or two adjoining housing parts.
  • each of the housing parts can have a nutteilsometimesende formation, which are arranged opposite each other when forming the housing parts to form the groove.
  • the housing parts are formed as equal parts. This reduces the number of components to be manufactured in different ways.
  • the separating surface is formed in the form of a separating surface which carries the flow channels.
  • a separate support of the flow channels formed, for example, by pipes is desired.
  • Such support measures can be realized usually via winglet tubes or nubs.
  • the separating surface may be formed in the form of a separating bottom. The separating bottom which carries the flow passages can be slid onto the flow passages for attachment and performs the function of separating and supporting parallel adjacent flow passages.
  • the separating surface may be formed from a number of separate separating elements.
  • the separating surface is composed in a mosaic-like manner by the separating elements. This can be two or more separating elements.
  • the number of separating elements corresponds to the number of flow channels.
  • a separating element is formed in the form of an annular bead surrounding a flow channel.
  • a tube may preferably be thickened in the center of the tube or elsewhere, for example by extrusion coating or otherwise enclosed by means of a separating element.
  • a separating element can preferably be made of silicone, plastic or another suitable material, in order to meet the function of the separating surface as a mosaic particle of the separating surface, which is suitable, for example, for sealing.
  • each of the separating elements is provided with an adhesive or adhesive in order to ensure that the separating elements adhere to one another, preferably sealingly.
  • the separating surface is then advantageously formed in a fluid-tight and stable manner.
  • the invention also relates to an exhaust gas recirculation system for an internal combustion engine, comprising an exhaust gas recirculation, a compressor and a heat exchanger according to the concept of the invention in the form of an exhaust gas heat exchanger, in particular in the form of an exhaust gas cooler.
  • the invention also leads to an internal combustion engine with an exhaust gas recirculation system of the aforementioned type.
  • the invention also leads to the use of the heat exchanger according to the concept of the invention as an exhaust gas cooler for direct or indirect Cooling of exhaust gas in an exhaust gas recirculation system for an internal combustion engine of a motor vehicle.
  • the use has proven to be particularly advantageous in passenger cars.
  • the concept of the invention has proved to be particularly reliable and advantageous for a heat exchanger in which the first fluid is formed in the form of an exhaust gas and the second and third fluid are formed in the form of a preferably water-based coolant of different temperature.
  • a heat exchanger according to the concept of the invention may also be provided in the form of an oil cooler, for example for cooling engine oil and / or gear oil.
  • Another possibility is the use as a refrigerant radiator or refrigerant condenser in a refrigerant circuit of an air conditioner.
  • the first fluid may also be formed in the form of an oil-based agent or in the form of a refrigerant.
  • the second and third fluid may also be of different materials.
  • the second fluid could be in the form of an oil-based coolant and the third fluid could be in the form of a water-based coolant.
  • Other types of coolant not mentioned here are also possible for use as second and / or third fluid.
  • Fig. 1 a particularly preferred embodiment of a heat exchanger in the form of a two-stage exhaust gas cooler according to the first variant of the invention - in view A as a longitudinal section and in view B as a cross section along B-B;
  • Fig. 2 different possibilities of a modification A, B, C, D of the detail A in Figure 1A for fixing the bottom of the housing.
  • FIG. 3 shows a further modification of the detail A in FIG. 1A in combination with a clipped deflecting cap
  • Fig. 4 a particularly preferred embodiment of a heat exchanger in the form of a two-stage exhaust gas cooler according to the second variant of the invention - in view A as a longitudinal section and in view B as a cross section along AA, in view C, the detail C in Fig. 4A is shown;
  • FIG. 5 shows an advantageous embodiment of a flow channel in the form of a tube with a separating element for forming a separating surface in the embodiment of FIG. 4.
  • FIG. 1 shows a heat exchanger 10 in the form of a two-stage exhaust gas cooler for two-stage heat exchange between a first fluid 1 in the form of an exhaust gas on the one hand and a second fluid 2 in the form of a water-based coolant and a third fluid 3 in the form of a water-based coolant second fluid 2 and the third fluid 3 have different temperatures during operation.
  • the second fluid 2 has operating temperatures in the range of about 90 ° to 110 0 C, while the third fluid 3 in operation temperatures in the range of about 40 ° to 60 ° C.
  • the heat exchanger 10 has a block 5 for the separate and heat exchanging guidance of the exhaust gas and the coolant.
  • the block 5 has a number of flow channels 7A, 7B through which the exhaust gas can flow, which in the present case are formed as winglet tubes and are shown in greater detail in FIG. 1B in cross section.
  • the block 5 has a first chamber 9A of the high-temperature part 11 of the exhaust gas cooler receiving the flow channels 7A and permeable by the second fluid 2.
  • the block 5 has a second chamber 9B of a low-temperature part 13 which can flow through the third fluid 3 and receives the flow channels 7B.
  • the first chamber 9A and the second chamber 9B and the flow channels 7A, 7B are in one aluminum case as one piece for both Chambers 9 A, 9 B jointly formed housing 15 is arranged.
  • the first chamber 9A and the second chamber 9B are separated from one another by a separating bottom 17 in the form of a separating plate, with the separating bottom 17 being in a groove (not shown) in the housing 15 and in each case at a both chambers 9A, 9B common limiting bottom 19 abgasein- and downstream or ground 21 is determined abgasumlenk perfume.
  • the dividing floor 17 is presently also formed of aluminum.
  • the separating plate can also be made of stainless steel.
  • the separating plate in both cases, in a soldering of the block 5, the separating plate can also be soldered directly to the deflection-side bottom 21.
  • Other modifications can also realize housing 15 made of cast aluminum or stainless steel sheet.
  • Non-metal versions of a housing may be formed of plastic. This has the advantage that holder or coolant nozzles - like the present nozzles 14A 1 14B, 16A, 16B - can be injection molded or molded directly onto the housing.
  • the deflection-side bottom 21 is presently provided with a deflecting cap 23 and - as explained in more detail with reference to FIGS. 2A to 2D - sealed with a seal 25 against the housing.
  • the deflecting-side bottom 21 flows sufficiently around the coolant, so that the deflecting cap 23 can be formed uncooled in this embodiment, which represents a considerable cost saving.
  • the housing 15 has an inlet connection 14A for the second fluid 2 in the form of the high-temperature coolant shown here above and a corresponding outlet connection 14B. Furthermore, the housing 15 has an inlet connection 16A shown here below for the third fluid 3 in the form of a low-temperature coolant and a corresponding outlet connection 16B.
  • the second fluid 2 is presently provided for cooling the high-temperature part 11 of the heat exchanger 10, while the third fluid 3 is provided for cooling the low-temperature part 13 of the heat exchanger 10.
  • the exhaust gas 1 first flows through the high-temperature part 11, is deflected in the deflection cap 23 and fed to the low-temperature part 13.
  • the corresponding chamber 9A of the high-temperature part 11 is flowed through by the second fluid 2 in the form of a coolant maintained at a high temperature, between approximately 90 ° and 110 ° C.
  • the corresponding chamber 9B of the low-temperature part 13 is replaced by the third fluid 3 in the form of Coolant at low temperature, between about 40 ° to 60 0 C, flows through.
  • the entire block 5 including the deflection cap 23 is first encapsulated and then joined either by means of soldering or welding. Subsequently, the block 5 is pushed together with the separating plate in the housing 15.
  • the sealing of the chambers 9A, 9B - and thus the sealing of the high-temperature part 11 against the low-temperature part 13 - with respect to the surroundings in the region of the deflection cap 23 takes place by means of the seal 25 in detail A.
  • the detail A is with reference to FIGS Fig. 2D shown in more detail.
  • the seal is placed in all modifications of FIGS. 2A to 2D such that it is subject to the lowest possible heat input and / or the best possible heat dissipation.
  • the separating plate is gummed in the side region, not shown, to the housing.
  • the separating plate can also be completely rubber-coated.
  • the sealing of the separating plate to the housing may additionally or alternatively be performed by means of an inserted O-ring seal or glued into the housing 15.
  • a deflecting cap in a manner shown in detail in Fig. 3 in contrast to Fig. 1 also not be soldered directly to the block 5, but screwed or clipped in a subsequent operation with the housing 15.
  • Such a deflection cap is shown in greater detail in FIG. 3 under the reference numeral 27 and clipped over a bottom 21, which in turn is fixed by means of a seal 25 on the housing 15.
  • the seal 25 is presently arranged in a groove 29 formed in the wall 29 of the housing 15.
  • the bottom 21 is joined to the front side of the wall 29.
  • FIGS. 2A to 2D Further possibilities for the connection of a bottom 21 on the housing 15 illustrated with the same reference numbers for the sake of simplicity are shown in FIGS. 2A to 2D.
  • FIGS. 2A and 2B show a modification according to which the bottom 21 is held in an undercut 33 of the housing 15. A sealing of the bottom 21 against the housing 15 via a seal 25 in a groove 35 which is formed as shown in FIG. 2A in a wall 29 of the housing 15 and according to FIG. 2B in a wall 37 of the bottom 21st
  • FIG. 2C and Fig. 2D A further modification is shown in Fig. 2C and Fig. 2D, according to which the bottom 21 is held in a fixed to the housing 15 bush 39.
  • the seal 25 is held in a channel formed by the sleeve 39 and an angle 41 in the wall 29 of the housing 15. This has the advantage that a seal 25 can also be subsequently inserted into the angle 41 of the wall 29 and the bush 39 can be subsequently slipped open.
  • the first chamber 9A and the second chamber 9B are arranged side by side in the housing 15 and each have juxtaposed flow channels 7A, 7B, wherein the flow channels 7A, 7B of the first chamber 9A and the second Chamber 9 B are sequentially and parallel flowed through in opposite directions from the first fluid 1 when the heat exchanger 10 is in operation. This can be seen in the corresponding flow directions at reference numeral 1 of FIG.
  • FIG 4 shows a further embodiment of a heat exchanger 20 in the form of a two-stage exhaust gas cooler according to the second variant of the invention - in the present case in the so-called I-flow arrangement.
  • the first chamber 49A and the second chamber 49B cross-sectional side one behind the other - that is, in the flow direction of the exhaust gas 1 - arranged in the housing 45 and each have one behind the other arranged flow channels 47, wherein the flow channels 47 of the first chamber 49 A and the second chamber 49 B are sequentially and parallel flowed through in the same direction from the first fluid 1 when the heat exchanger 20 is in operation.
  • the flow channels 47 of the first chamber 49A and the second chamber 49B are identical, namely formed from a winglet tube 47 common to both chambers 49A, 49B.
  • the exhaust gas cooler 20 also has a block 55 for the separate and heat exchanging guidance of the first fluid 1 in the form of an exhaust gas and the second fluid 2 in the form of a first coolant and a third fluid 3 in the form of a second coolant on.
  • the flow channels 47 are traversed by the exhaust gas.
  • the first chamber 49A is part of a high-temperature part 51.
  • the second chamber 49B is part of a low-temperature part 53.
  • the first chamber 49A is closed on the flow inlet side by a bottom 61, which is fixed to the housing 45 by holding the flow channels 47.
  • the second chamber 49 B is accordingly flow output side limited by a further bottom 63, which is also the flow channels 47 performing holding the housing 45 fixed.
  • the housing 45 has an inlet connection 54A and outlet connection 54B for the second fluid 2, this time arranged on different sides, and an inlet connection 56A and outflow connection 56B for the third fluid 3.
  • the first chamber 49A and the second chamber 49B are again separated from one another by a separating bottom 57, which is fixed in a groove 65.
  • the separating bottom 57 is presently formed in the form of a flow channels 47 in openings 71 performing holding partition, which - like the detail shown in detail C in Fig.
  • the housing 45 is formed in two parts with a first housing part 45A for the high-temperature part and a second housing part 45B for the low-temperature part 53. It has proved to be advantageous that both housing parts, as shown in Fig. 4, are formed as the same parts, so that the production cost is substantially reduced.
  • the groove 65 is presently formed by opposing protrusions on the first housing part 45A and second housing part 45B after assembly of the housing parts 45A, 45B in the impact plane 69.
  • the two housing parts 45A, 45B are designed such that they can receive the separating bottom 57 and prevent it from slipping even in the non-positively joined state.
  • the groove 65 which in the present case is formed by both housing parts 45A, 45B formed as identical parts during the assembly thereof.
  • a groove may also be formed completely independently in a wall of one of the housing parts 45A, 45B.
  • the flow channels 47 in the form of tubes are first encapsulated with the flow-input-side bottom 61, and then the first housing part 45A is pushed over, the separating bottom 57 pushed over and then the second housing part 49B pushed over. Finally, the flow channels 47 designed as tubes are encapsulated with the flow-output-side bottom 63.
  • the exhaust gas cooler 20 can now either be completely soldered or welded.
  • both housing parts 45A, 45B are advantageously made of aluminum. The tubesheet connections are then welded in the casseted state.
  • the tube bottom connections are welded in the coffered state, since the welding process only a small heat input into the Plastic has the housing parts 45A, 45B and thus allows the use of the plastic housing 45A 1 45B.
  • the separating bottom 57 is made of hard rubber, or in a modification of plastic. This has the advantage that the separating bottom 57 can be produced with a very small oversize or oversize and can be pushed as a press fit over the flow channels 47 formed as tubes. Due to the properties of the rubber, a sufficiently high tightness between the high-temperature part 51 and the low-temperature 53 results even in the non-positive-locking state. This results in a very significant time and cost savings in the production of the exhaust gas cooler 20.
  • the separating bottom 57 may also be formed as a sheet metal part or made of aluminum, which is additionally coated or coated with a polymer or with a rubber for better sealing.
  • This has the advantage that the sheet metal or aluminum part fundamentally imparts improved strength to the exhaust gas cooler 20, while the gumming effects a sufficient and, as required, good sealing of the high-temperature part 51 against the low-temperature part 53. Even with this modification, it is possible to push the separating bottom 57 for better sealing as a press fit or at least with the smallest possible gap over the flow channels 47 designed as tubes.
  • the separating bottom 57 can be provided, above all, with an adhesive or a sealing compound which seals the gap between the separating bottom 57 and the flow channels 47.
  • a curing of an adhesive or sealing dimensions can be done by means of controlled heat.
  • Fig. 5 schematically shows an advantageous modification of a flow channel 47 'on which a separator 77 for mosaic formation of a separation surface is held - the latter alternative embodiment of a separation surface may be used to advantage instead of the separation tray 57 in the embodiment of a heat exchanger of Fig. 4A serve.
  • the separating element 77 is shown as one on the flow channel 47 '. clip-on silicone or plastic part, if necessary also metal part, formed.
  • the partition member 77 may also be glued or soldered to the flow channel 47 'attached or be attached in other ways cloth, form, or friction-fit.
  • the adjacent separating elements 77 are brought into contact with one another by arranging adjacent flow channels 47'.
  • a system may optionally be carried out with slight pressure on the separating elements - the, preferably yielding, material of the separating elements 77, for example silicone or plastic, then leads to the cascading of the flow channels 47 'to form a fluid-tight interface, which performs the function of in Fig. 4A illustrated dividing floor exerts.
  • the separating element can be provided on at least one of its outer part facing an adjacent separating element with an adhesive or adhesive.
  • the separating surface can be formed by cohesively juxtaposed separating elements when the flow channels 47 'are cassetted.
  • These or similar embodiments have the advantage that a flow channel 47 'together with a partition member 77 can be prefabricated individually and when Kassettieren or installation of the flow channels 47' in the heat exchanger, the separation surface is formed automatically - a separate manufacturing step for the separation surface eliminates practically.
  • the flow channels 47 designed as tubes can be made in a great variety of ways, for example with inner rib-side winglets or the like for improving a heat transfer.
  • An exhaust gas cooler 10, 20 may be provided in a manner not shown here with a bypass, for example in the form of a tube.
  • a bypass can additionally be integrated into the block 55.
  • a separation between the high-temperature part 51 and the low-temperature part achieved by the separating bottom 57 can also be achieved in the case of a bypass.
  • a further simplification has resulted from the fact that an exhaust gas cooler 10, 20 is completely soldered complete with separating bottom 57, 17.
  • the invention is based on a heat exchanger 10, 20, in particular an exhaust gas heat exchanger, for two-stage heat exchange between a first fluid 1 on the one hand and a second 2 and third fluid 3 different temperature on the other hand, comprising: a block 5, 55 for separate and heat exchanging leadership of the first 1 and of the second 2 and third fluid 3, with a number of flow channels 7A, 7B 1 47 through which the first fluid 1 can flow, a first chamber 9A, 9B receiving the flow channels 7A, 7B, 47, through which the second fluid 2 can flow High temperature part 11, 51 and a second the flow channels 7A, 7B, 47, through which the third fluid 3 can flow through chamber 9A, 9B of a low-temperature part 13, 53, and a housing 15, 45, 45A, 45B, in which the first 9A, 49A and second chambers 9B, 49B and the flow channels 7A, 7B, 47 are arranged.
  • the concept of the invention enables a cost-effective realization of such a two-stage heat exchanger with a lower leakage between the high-temperature part 11, 51 and the low-temperature part 13, 53.
  • the concept envisages that the first chamber 9A, 49A and the second chamber 9B, 49B by a separating surface 17, 57, preferably fluid-tight, are separated from each other, which is fixed in a groove 65.

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Abstract

Die Erfindung geht aus von einem Wärmetauscher (10, 20), insbesondere einem Abgaswärmetauscher, zum zweistufigen Wärmetausch zwischen einem ersten Fluid (1) einerseits und einem zweiten (2) und dritten Fluid (3) unterschiedlicher Temperatur andererseits, aufweisend: Einen Block (5, 55) zur voneinander getrennten und wärmetauschenden Führung des ersten (1) und des zweiten (2) und dritten Fluids (3), mit einer Anzahl von dem ersten Fluid (1) durchströmbaren Strömungskanälen (7A, 7B, 47), eine erste die Strömungskanäle (7A, 7B, 47) aufnehmende, von dem zweiten Fluid (2) durchströmbare Kammer (9A, 9B) eines Hochtemperaturteils (11, 51) und eine zweite die Strömungskanäle (7A, 7B, 47) aufnehmende, von dem dritten Fluid (3) durchströmbare Kammer (9A, 9B) eines Niedertemperaturteils (13, 53), und ein Gehäuse (15, 45, 45A, 45B), in dem die erste (9A, 49A) und zweite Kammer (9B, 49B) und die Strömungskanäle (7A, 7B, 47) angeordnet sind. Das Konzept der Erfindung ermöglicht eine kostengünstige Realisierung eines solchen zweistufigen Wärmetauschers mit einer geringeren Leckage zwischen dem Hochtemperaturteil (11, 51) und dem Niedertemperaturteil (13, 53). Das Konzept sieht dazu vor, dass die erste Kammer (9A. 49A) und die zweite Kammer (9B, 49B) durch eine Trennfläche (17, 57) voneinander getrennt sind, welche in einer Nut (65) festgelegt ist.

Description

Wärmetauscher, Abgasrückführsystem und Verwendung eines Wärme- tauschers
Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher zum zweistufigen Wärmetausch zwischen einem ersten Fluid einerseits und einem zweiten und dritten Fluid unterschiedlicher Temperatur andererseits, aufweisend: Einen Block zur voneinander getrennten und wärmetauschenden Führung des ersten und des zweiten und dritten Fluids, mit: einer Anzahl von dem ersten Fluid durchströmbaren Strömungskanälen, eine erste die Strömungskanäle aufnehmende, von dem zweiten Fluid durchströmbare Kammer eines Hochtemperatur- teils, und eine zweite die Strömungskanäle aufnehmende, von dem dritten Fluid durchströmbare Kammer eines Niedertemperaturteils, und ein Gehäuse, in dem die erste und zweite Kammer und die Strömungskanäle angeordnet sind.
Vor allem die Abgasrückführung (AGR), insbesondere die gekühlte Abgasrückführung wird in heutigen Fahrzeugen aufgrund gesetzlicher Bestimmungen eingesetzt, um eine Partikel- und Schadstoff-, insbesondere auch eine Stickoxid (NOx)- Emission zu senken. Dazu wird in einem Abgasrückführsystem aus dem Abgasstrang an geeigneter Stelle ein Teil des Abgases ent- nommen, gekühlt und einem Motor auf der Frischladungsseite wieder zugeführt. Die mit der AGR verbundene Absenkung eines Sauerstoffpartialdru- ckes resultiert in niedrigeren Verbrennungs-Spitzentemperaturen, welche ihrerseits geringere Bildungsraten von thermischem NOx zur Folge haben. Die Kühlung des rückgeführten Abgases verstärkt den Effekt zusätzlich. Das genannte Prinzip hat sich als besonders effektiv im PKW-Bereich erwiesen. Ein Abgasrückführsystem der Anmelderin ist beispielsweise in DE 60 024 390 T2 näher erläutert und zeigt einen einstufigen Abgaskühler, welcher mit Hilfe eines mit dem Motorkϋhlwasser gekoppelten Kühlmittelkreislaufs das Abgas, abhängig von der Größe des Abgaskühlers, auf Aus- trittstemperaturen bis in den Bereich von 110 C° abkühlen kann. Dort ist auch eine zweistufige Abgaskühlung beschrieben gemäß der hinter einem ersten Hochtemperaturwärmetauscher ein zweiter Niedertemperaturwärmetauscher angeordnet ist, wobei zur Rückkühlung ersterer an einen Hochtemperatur- kühlkreislauf gekoppelt ist und letzterer an einen Niedertemperaturkühlkreis- lauf gekoppelt ist. Der Niedertemperaturkühlkreislauf kann dabei Kühlmitteleintrittstemperaturen im Bereich von 40-60 C° haben. Die mit zweistufigen Wärmetauschern erreichbare Temperaturreduzierungen beim Abgas liegen deutlich über denen von einstufigen Abgaskühlern. Bei letzteren besteht das Problem, dass nach einem Kaltstart ein Motorkühlwasser relativ schnell auf Temperaturen von 90-110 C° erwärmt wird. Die Austrittstemperatur eines einstufigen Abgaskühlers kann somit, selbst bei Annahme eines idealen Wärmeübergangs, maximal auf die Eintrittstemperatur des Motorkühlwassers abgekühlt werden. Um dies zu erreichen haben einstufige Abgaskühler in der Regel einen vergleichsweise langen Bauraumbedarf. Zweistufige Abgasküh- ler, wie beispielsweise aus DE10351845B4, bekannt erweisen sich aufgrund des in der Regel notwendigen Hochtemperaturteils und Niedertemperaturteils als vergleichsweise kostenintensiv bei der Realisierung. Darüber hinaus haben zweistufige Wärmetauscher in der Regel einen höheren Druckverlust als einstufige.
Wünschenswert wäre eine verbesserte konstruktive Ausführung eines zweistufigen Wärmetauschers. Ausführungen dieser Art sind von der Anmelderin beispielsweise aus DE10203003A1 bekannt, in der ein zweistufiger Wärmetauscher mit einem Bypasskanal näher beschrieben ist. Die Unterbringung eines Blocks mit einem Hochtemperaturteil und einem Niedertemperaturteil zum Wärmetausch in einem gemeinsamen Gehäuse hat den Vorteil, dass vergleichsweise wenig Bauteile zur Realisierung eines zweistufigen Wärmetauschers benötigt werden - andererseits macht dies eine vergleichsweise verbesserte Trennung des Hochtemperaturteil und Niedertemperaturteils er- forderlich. Je nach Art eines verwendeten zweiten und dritten Fluids in Form eines Kühlmittels sollte die Trenngüte zwischen dem Hochtemperaturteil und dem Niedertemperaturteil des zweistufigen Wärmetauschers anpassbar sein. So sollte eine Trennung zwischen einem ölbasierten und wasserbasierten Kühlmittel beispielsweise besonders gut sein, während für den Fall, dass das zweite und dritte Fluid in Form von gleichartigen Kühlmitteln gebildet ist Leckagen grundsätzlich tolerierbar sind, wobei jedoch Leckageraten zwischen einem Hochtemperaturteil und einem Niedertemperaturteil möglichst gering gehalten werden sollten.
So ist beispielsweise aus US 5,755,280 ein eingangs genannter Wärmetauscher bekannt, gemäß dem interne Wände das Innere eines Gehäuses unterteilen und selbige mittels runden O-Ringen gegeneinander abgedichtet sind. Andererseits ist aus DE 10328746A1 der Anmelderin auch ein Konzept bekannt, bei dem eine Mischung der Kühlfluide jedenfalls möglich ist und somit eine Trennung eines Hochtemperaturteils und eines Niedertemperaturteils mit Einschränkung entfallen kann.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen zweistufigen Wärmetauscher anzugeben, welcher vergleichsweise einfach aufgebaut und dennoch eine bedarfsangepasste und sichere Trennung eines Hochtemperaturteils und Niedertemperaturteils aufweist. Jedenfalls sollte eine, gegebenenfalls bedarfsangepasste, Leckagerate zwischen einem Hochtemperaturteil und einem Niedertemperaturteil vergleichsweise gering gehalten sein.
Die Aufgabe wird durch die Erfindung mit einem Wärmetauscher der eingangs genannten Art gelöst, bei dem erfindungsgemäß die erste Kammer und die zweite Kammer durch eine Trennfläche voneinander getrennt sind, welche in einer Nut festgelegt ist. Grundsätzlich kann die Trennfläche in Form einer beliebigen flächigen Anordnung gebildet sein.
In besonders vorteilhafter Weise ist die Trennfläche in Form eines Trennbodens gebildet, d. h. in Form einer weitgehend einstückigen, flächigen Platte oder dergleichen flächigen Teils. Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass eine Festlegung der Trennfläche gleichermaßen sicher in mechanischer und hydraulischer Hinsicht als auch einfach hinsichtlich eines Herstellungsaufwandes sein sollte. Die Erfindung hat dabei erkannt, dass die Festlegung der Trennfläche in der Nut bei dem zweistufigen Wärmetauscher auf einfache Weise erfolgen kann und zum anderen eine sichere Trennung zwischen dem Hochtemperaturteil und Niedertemperaturteil ermöglicht. Das Konzept der Erfindung ermöglicht es vorzugsweise, dass die erste Kammer und die zweite Kammer durch die Trennfläche fluiddicht voneinander getrennt sind. Beispielsweise kann der Hochtemperaturteil und der Niedertemperaturteil, je nach Bedarf und vollständig fluiddicht gegeneinander abgedichtet sein. Darüber hinaus ist es auch möglich, einen Leckagestrom zuzulassen, welcher dennoch vergleichsweise gering und bedarfsgerecht ist. Diese Variabilität lässt sich durch unterschiedliche weitere Festlegungsarten des Trennbodens in der Nut errei- chen. So kann die Trennfläche zur fluiddichten Trennung des Hochtemperaturteils und Niedertemperaturteils beispielsweise in der Nut formschlüssig angebunden sein. Die Trennfläche kann jedoch auch unter Zulassung einer akzeptablen Leckagerate ohne weitere formschlüssige Maßnahmen lediglich in der Nut eingesetzt sein und durch die konstruktive Ausführung derselben selbstständig gehalten sein. Darüber hinaus erlaubt das Konzept der Erfindung eine bedarfsangepasste Art weiterer Abdichtmaßnahmen zur weiteren Kontrolle einer etwaigen Leckagerate oder zur völligen Unterbindung derselben.
Insgesamt ist es möglich, den Wärmetauscher gemäß dem Konzept der Erfindung vergleichsweise einfach auszuführen und eine bedarfsangepasste, dennoch einfache Trennung eines Hochtemperaturteils und Niedertemperaturteils zu realisieren. Der Wärmetauscher kann vorteilhaft mit vergleichsweise wenig Bauteilen ausgeführt werden und lässt sich dadurch kostengünstig realisieren. Es hat sich darüber hinaus gezeigt, dass der Wärmetauscher gemäß dem Konzept der Erfindung einen vergleichsweise geringen Druckverlust aufweist. Ein weiterer Vorteil wird durch die Realisierung mit einem einzigen dem Hochtemperaturteil und dem Niedertemperaturteil gemeinsamen Gehäuse erreicht. Vorzugsweise ist der Wärmetauscher in Form eines Abgaskühlers gebildet. Das erste Fluid ist dabei zweckmäßigerweise ein rückgeführtes Abgas. Das zweite und dritte Fluid ist dabei jeweils in Form eines Kühlmittels - bei Betrieb auf unterschiedlicher Temperatur - gebildet.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen und geben im einzelnen vorteilhafte Möglichkeiten an, das oben erläuterte Konzept, im Rahmen der Aufgabenstellung, sowie hinsichtlich weiterer Vorteile zu realisieren.
Grundsätzlich ist es möglich, das Gehäuse aus einem Metall oder auch einem Nicht-Metall zu bilden. Als Metall hat sich insbesondere austenitischer Stahl oder Aluminium als vorteilhaft erwiesen. Als Nicht-Metall hat sich insbesondere ein Kunststoff, ein Faserverbundstoff, eine Keramik oder Mi- schungen davon als zweckmäßig herausgestellt.
In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung kann eine Trennfläche, insbesondere ein Trennboden, aus einem Metall oder einem Nicht-Metall bestehen. Als bevorzugte Metallart hat sich insbesondere Edelstahl oder Alumini- um oder Legierungen davon erwiesen. Als Nicht-Metall hat sich insbesondere ein Kunststoff oder ein Hartgummi als besonders vorteilhaft erwiesen. Grundsätzlich eignet sich auch ein Faserverbundstoff, eine Keramik oder Mischungen davon.
Grundsätzlich ist es möglich, die Trennfläche, insbesondere den Trennboden, derart am Gehäuse festzulegen, dass die erste Kammer und die zweite Kammer durch den Trennboden unter Zulassung einer Leckage voneinander getrennt sind. Diese Weiterbildung lässt sich vergleichsweise kostengünstig realisieren, wenn das zweite Fluid und das dritte Fluid ein im wesentlichen materialgleiches Kühlmittel darstellen.
In einer weiteren Weiterbildung kann die erste Kammer und die zweite Kammer durch die Trennfläche fluiddicht, insbesondere leckagefrei, voneinander getrennt sein. Dies ist besonders vorteilhaft für den Fall, dass das erste Fluid und das zweite Fluid materialunterschiedlich sind, beispielsweise für den Fall, dass das erste Fluid ölbasiert ist und das zweite Fluid wasserbasiert ist.
Das Konzept der Erfindung erlaubt unterschiedliche weitere Möglichkeiten der abdichtenden Festlegung der Trennfläche, insbesondere des Trennbodens, in der Nut. Vorzugsweise ist die Trennfläche mit einer Dichtung in der Nut festgelegt. Weiter kann die Trennfläche in der Nut über ein Klebemittel festgelegt sein. Für stabilere Verbindungen kann es auch vorteilhaft sein, die Trennfläche in der Nut über eine Löt- und/oder Schweißverbindung festzule- gen. Um die Dichtigkeit der ersten Kammer und der zweiten Kammer gegeneinander zu erhöhen, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Trennfläche in einem der Nut zugeordneten Randbereich mit einem Gummi- und/oder einem Polymerüberzug zu versehen. Diese Maßnahme kann zusätzlich oder in Kombination mit den vorgenannten Maßnahmen vorgesehen sein.
Das Konzept der Erfindung führt auf eine erste Variante einer Bauform, welche man auch als U-Flow-Anordnung bezeichnet. Dazu ist bei dem Wärmetauscher die erste Kammer und die zweite Kammer seitlich nebeneinanderliegend im Gehäuse angeordnet und die Kammern weisen jeweils nebenein- ander angeordnete Strömungskanäle auf, wobei die Strömungskanäle der ersten und der zweiten Kammer sequentiell und parallel gegenläufig vom ersten Fluid durchströmbar sind. Insbesondere bei dieser ersten Variante hat sich die Realisierung der Trennfläche in Form eines Trennbodens als besonders vorteilhaft erwiesen.
In besonders bevorzugter Weise lässt sich bei dieser ersten Variante das Gehäuse einteilig realisieren, was den Bauteilbedarf verringert und somit einem vergleichsweise einfachen Kassetierungsprozess und geringen Kosten bei der Realisierung des Wärmetauschers zuträglich ist.
Vorzugsweise können die Strömungskanäle der ersten und der zweiten Kammer von unterschiedlicher Anzahl sein. Dadurch lässt sich der Wärmetauscher bei Bedarf vorteilhaft auf die Strömungserfordernisse des ersten Fluids anpassen. Zur Weiterbildung der genannten ersten Variante ist vorzugsweise vorgesehen, dass die erste und die zweite Kammer beidends durch ein die Strömungskanäle durchführend haltenden, beiden Kammern gemeinsamen Boden begrenzt ist. Auch dadurch ist eine Bauteilanzahl vorteilhaft reduziert.
Ein vorgenannter Boden lässt sich gemäß weiterer Weiterbildungen besonders vorteilhaft am Gehäuse festlegen. Vorzugsweise ist der Boden in einer Hinterschneidung des Gehäuses gehalten. In einer Abwandlung kann ein Boden vorzugsweise in einer am Gehäuse festgelegten Buchse gehalten sein. Letzteres macht zwar ein zusätzliches Bauteil erforderlich, führt jedoch zu einer besseren Abdichtmöglichkeit des Bodens gegen das Gehäuse.
In beiden vorgenannten Abwandlungen hat es sich als vorteilhaft erwiesen, den Boden mit einer Dichtung gegen das Gehäuse abzudichten. Vorteilhaft ist die Dichtung in einer Nut und/oder einem Winkel des Gehäuses und/oder des Bodens angeordnet.
Ein Wärmetauscher gemäß der ersten Variante der Erfindung weist einends eine Umlenkkappe zur Überführung des ersten Fluids von den Strömungska- nälen der ersten Kammer in die Strömungskanäle der zweiten Kammer auf. Vorzugsweise ist die Umlenkkappe in Form einer ungekühlten Umlenkkappe realisiert. Es hat sich gezeigt, dass bei geeigneter Auslegung der ersten Kammer eine Umlenkung der Strömung zwischen Hinströmung in der ersten Kammer und Rückströmung in der zweiten Kammer entfallen kann. Die Kammerauslegung kann dazu vor allem auf entsprechende Materialien oder Wärmeübertragungsmittel zurückgreifen.
Insbesondere ist vorgesehen, dass der Boden im Gehäuse derart festgelegt ist, dass er ausreichend vom Kühlmittel, also dem zweiten und/oder dritten Fluid, umströmt ist.
Eine zweite Variante der Erfindung sieht die Ausbildung des Wärmetauschers in einer sogenannten I-Flow-Anordnung vor. Gemäß der zweiten Variante sind die erste Kammer und die zweite Kammer querschnittseitig hin- tereinanderliegend im Gehäuse angeordnet und weisen jeweils hintereinan- der angeordnete Strömungskanäle auf, wobei die Strömungskanäle der ersten und der zweiten Kammer sequentiell und parallel gleichläufig vom ersten Fluid durchströmbar sind. In besonders bevorzugter Weise sind die Strömungskanäle der ersten und der zweiten Kammer identisch und durchge- hend ausgeführt. Diese Maßnahme hat sich hinsichtlich einer Kostenersparnis und Druckverlustreduzierung als vorteilhaft erwiesen, da dadurch eine Übergangsstelle für das erste Fluid entfallen kann und die Anzahl der für die Strömungskanäle benötigten Rohre praktisch halbiert wird.
Vorzugsweise ist das Gehäuse zweiteilig aus zwei oder gegebenenfalls mehreren Gehäuseteilen ausgeführt. Grundsätzlich kann die Nut zur Festlegung des Trennbodens vollständig in einem der Gehäuseteile vorgesehen sein. Als besonders bevorzugt hat sich herausgestellt, dass die Nut durch beide bzw. zwei aneinandergrenzende Gehäuseteile gebildet wird. Dazu kann je- des der Gehäuseteile eine eine nutteilbildende Ausformung aufweisen, welche beim Aneinandersetzen der Gehäuseteile einander gegenüberliegend zur Bildung der Nut angeordnet werden.
Vorzugsweise sind die Gehäuseteile als gleiche Teile gebildet. Dadurch wird die Anzahl von in unterschiedlicher Weise herzustellender Bauteile verringert.
Gemäß einer Weiterbildung der zweiten Variante der Erfindung ist die Trennfläche in Form einer die Strömungskanäle durchführend haltenden Trennflä- che gebildet. Üblicherweise wird bei Bauformen gemäß der zweiten Variante eine separate Abstützung der beispielsweise durch Rohre gebildeten Strömungskanäle gegeneinander angestrebt. Solche Abstützmaßnahmen können in der Regel über Wingletrohre oder über Noppen realisiert werden. Im Rahmen der vorgenannten Weiterbildung hat sich herausgestellt, dass Ab- stützmaßnahmen in Folge der Verwendung der vorgenannten Trennfläche entfallen können. Beispielsweise kann die Trennfläche in Form eines Trennbodens gebildet sein. Der die Strömungskanäle durchführend haltende Trennboden kann zur Anbringung auf die Strömungskanäle geschoben werden und übernimmt die Funktion der Trennung und Abstützung von paralle- len nebeneinanderliegenden Strömungskanälen. In einer besonders bevorzugten Abwandlung kann die Trennfläche aus einer Anzahl von separaten Trennelementen gebildet sein. In diesem Fall wird die Trennfläche - anders als ein im Wesentlichen einstückiger Trennboden - durch die Trennelemente mosaikartig zusammengesetzt. Dabei kann es sich um zwei oder mehrere Trennelemente handeln. In einer besonders bevorzugten Abwandlung entspricht die Anzahl der Trennelemente der Anzahl von Strömungskanälen. Insbesondere im letzteren Fall kann eines oder können mehrere der Trennelemente, vorzugsweise alle Trennelemente, jeweils an einem Strömungskanal gehalten sein. Dies hat den Vorteil, dass ein Trenn- element zusammen mit einem Strömungskanal, beispielsweise einem Rohr, vorgefertigt werden kann, bei der Assemblierung der Rohre wird dann die Trennfläche mit den Trennelementen gebildet. In einer besonders bevorzugten Abwandlung ist ein Trennelement in Form eines einen Strömungskanal umgebenden Ringwulstes gebildet. Beispielsweise kann ein Rohr vorzugs- weise in der Rohrmitte oder an anderer Stelle verdickt, wie z.B. umspritzt o- der mittels einem Trennelement anderweitig umfasst sein. Ein Trennelement kann vorzugsweise aus Silikon, Kunststoff oder einem anderen geeigneten Material bestehen, um als Mosaikteilchen der Trennfläche der Funktion der Trennfläche gerecht zu werden, das sich z.B. zur Abdichtung eignet. In einer besonders bevorzugten Abwandlung ist jedes der Trennelemente mit einem Klebe- oder Haftmittel versehen, um zu gewährleisten, dass die Trennelemente untereinander, vorzugsweise dichtend, aneinander haften. Bei der Kassettierung der Rohre wird dann die Trennfläche in vorteilhafter Weise flu- iddicht und stabil gebildet.
Die Erfindung führt zur Lösung der Aufgabe auch auf ein Abgasrückführsys- tem für eine Brennkraftmaschine, aufweisend eine Abgasrückführung, einen Kompressor und einen Wärmetauscher gemäß dem Konzept der Erfindung in Form eines Abgaswärmetauschers, insbesondere in Form eines Abgasküh- lers.
Entsprechend führt die Erfindung auch auf eine Brennkraftmaschine mit einem Abgasrückführsystem der vorgenannten Art.
Die Erfindung führt auch auf die Verwendung des Wärmetauschers nach dem Konzept der Erfindung als Abgaskühler zur direkten oder indirekten Kϋhlung von Abgas in einem Abgasrückführsystem für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs. Die Verwendung hat sich als besonders vorteilhaft bei Personenkraftwagen erwiesen.
Während sich die Erfindung als besonders nützlich zur Verwendung bei einem Abgasrückführsystem für eine Brennkraftmaschine in Form eines Abgaskühlers zur direkten oder indirekten Kühlung von Abgas erwiesen hat und während die Erfindung im folgenden im Detail anhand von Beispielen aus diesem Bereich beschrieben ist, so sollte dennoch klar sein, dass das hier beschriebene Konzept, wie beansprucht, ebenfalls nützlich im Rahmen von anderen Anwendungen ist, welche außerhalb des Bereichs der Abgasrückführung im engeren Sinne liegen und weitere Anwendungen betrifft. Beispielsweise könnte das vorgestellte Konzept ebenso Anwendung finden für die Verwendung des Wärmetauschers in einem Ladeluftzuführsystem für ei- ne Brennkraftmaschine. Ein solches Ladeluftzuführsystem weist darüber hinaus eine Ladeluftansaugung, einen Luftfilter, einen Kompressor und einen Wärmetauscher gemäß dem Konzept der Erfindung in Form eines Ladeluftwärmetauschers, insbesondere Ladeluftkühlers auf.
Wie bereits erläutert, hat sich das Konzept der Erfindung als besonders zuverlässig und vorteilhaft für einen Wärmetauscher erwiesen, bei dem das erste Fluid in Form eines Abgases gebildet ist und das zweite und dritte Fluid in Form eines bevorzugt wasserbasierten Kühlmittels unterschiedlicher Temperatur gebildet ist. Darüber hinaus kann ein Wärmetauscher gemäß dem Konzept der Erfindung auch in Form eines Ölkühlers, beispielweise zur Kühlung von Motoröl und/oder Getriebeöl vorgesehen sein. Eine weitere Möglichkeit ist die Verwendung als Kältemittelkühler oder Kältemittelkondensator in einem Kältemittelkreislauf einer Klimaanlage. Entsprechend dieser Beispiele kann das erste Fluid auch in Form eines ölbasierten Mittels oder in Form eines Kältemittels gebildet sein. Unabhängig davon kann das zweite und dritte Fluid ebenfalls von unterschiedlicher Materialbeschaffenheit sein. Beispielsweise könnte das zweite Fluid in Form eines ölbasierten Kühlmittels gebildet sein und das dritte Fluid in Form eines wasserbasierten Kühlmittels gebildet sein. Weitere hier nicht genannte Kühlmittelarten sind darüber hin- aus zur Verwendung als zweites und/oder drittes Fluid möglich. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben. Diese soll die Ausführungsbeispiele nicht notwendigerweise maßstäblich darstellen, vielmehr ist die Zeichnung, wo zur Erläute- rung dienlich, in schematisierter und/oder leicht verzerrter Form ausgeführt. Im Hinblick auf Ergänzungen der aus der Zeichnung unmittelbar erkennbaren Lehren wird auf den einschlägigen Stand der Technik verwiesen. Dabei ist zu berücksichtigen, dass vielfältige Modifikationen und Änderungen betreffend die Form und das Detail einer Ausführungsform vorgenommen werden kön- nen, ohne von der allgemeinen Idee der Erfindung abzuweichen. Die in der Beschreibung, in der Zeichnung sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Weiterbildung der Erfindung wesentlich sein. Zudem fallen in den Rahmen der Erfindung alle Kombinationen aus zumindest zwei der in der Beschreibung, der Zeichnung und/oder den Ansprüchen offenbarten Merkmale. Die allgemeine Idee der Erfindung ist nicht beschränkt auf die exakte Form oder das Detail der im folgenden gezeigten und beschriebenen bevorzugten Ausführungsform oder beschränkt auf einen Gegenstand, der eingeschränkt wäre im Vergleich zu dem in den Ansprüchen beanspruchten Gegenstand. Bei angegebenen Bemessungsbereichen sollen auch innerhalb der genannten Grenzen liegende Werte als Grenzwerte offenbart und beliebig einsetzbar und beanspruchbar sein.
Im einzelnen zeigt die Zeichnung in:
Fig. 1 : eine besonders bevorzugte Ausführungsform eines Wärmetauschers in Form eines zweistufigen Abgaskühlers gemäß der ersten Variante der Erfindung - in Ansicht A als Längsschnitt und in Ansicht B als Querschnitt entlang B-B;
Fig. 2: unterschiedliche Möglichkeiten einer Abwandlung A, B, C, D des Details A in Fig. 1A zur Festlegung des Bodens am Gehäuse;
Fig. 3: eine weitere Abwandlung des Details A in Fig. 1A in Kombination mit einer aufgeclipsten Umlenkkappe; Fig. 4: eine besonders bevorzugte Ausführungsform eines Wärmetauschers in Form eines zweistufigen Abgaskühlers gemäß der zweiten Variante der Erfindung - in Ansicht A als Längsschnitt und in Ansicht B als Querschnitt entlang A-A, in Ansicht C ist das Detail C in Fig. 4A gezeigt;
Fig. 5: eine vorteilhafte Ausführung eines Strömungskanals in Form eines Rohres mit einem Trennelement zur Bildung einer Trennfläche bei der Ausführungsform der Fig. 4.
Fig. 1 zeigt einen Wärmetauscher 10 in Form eines zweistufigen Abgaskühlers zum zweistufigen Wärmetausch zwischen einem ersten Fluid 1 in Form eines Abgases einerseits und einem zweiten Fluid 2 in Form eines wasser- basierten Kühlmittels und einem dritten Fluid 3 in Form eines wasserbasierten Kühlmittels, wobei das zweite Fluid 2 und das dritte Fluid 3 im Betrieb unterschiedliche Temperaturen haben. Das zweite Fluid 2 hat im Betrieb Temperaturen etwa im Bereich von 90° bis 1100C, während das dritte Fluid 3 im Betrieb Temperaturen im Bereich von etwa 40° bis 60° C hat.
Der Wärmetauscher 10 weist einen Block 5 zur voneinander getrennten und wärmetauschenden Führung des Abgases sowie der Kühlmittel auf. Der Block 5 hat vorliegend eine Anzahl von von dem Abgas durchströmbaren Strömungskanälen 7A, 7B, die vorliegend als Wingletrohre gebildet sind und in Fig. 1 B im Querschnitt näher gezeigt sind. Darüber hinaus hat der Block 5 eine erste die Strömungskanäle 7A aufnehmende von dem zweiten Fluid 2 durchströmbare Kammer 9A eines Hochtemperaturteils 11 des Abgaseskühlers. Weiters hat der Block 5 eine zweite die Strömungskanäle 7B aufnehmende von dem dritten Fluid 3 durchströmbare Kammer 9B eines Nieder- temperaturteils 13. Die erste Kammer 9A und die zweite Kammer 9B und die Strömungskanäle 7A, 7B sind in einem vorliegend aus Aluminium als einteiliges für beide Kammern 9A, 9B gemeinsam gebildetes Gehäuse 15 angeordnet. Die erste Kammer 9A und die zweite Kammer 9B sind vorliegend durch einen Trennboden 17 in Form eines Trennbleches voneinander getrennt, wo- bei der Trennboden 17 in einer nicht näher dargestellten Nut im Gehäuse 15 und jeweils an einem beide Kammern 9A, 9B gemeinsam begrenzenden Boden 19 abgasein- und abströmseitig bzw. Boden 21 abgasumlenkseitig festgelegt ist. Der Trennboden 17 ist vorliegend ebenfalls aus Aluminium gebildet. Das Trennblech kann in einer Abwandlung auch aus Edelstahl herge- stellt werden. In beiden Fällen kann bei einer Lötung des Blocks 5 das Trennblech direkt ebenfalls an den umlenkseitigen Boden 21 angelötet werden. Andere Abwandlungen können auch Gehäuse 15 aus Aluminiumguss oder Edelstahlblech realisieren. Nicht-Metallausführungen eines Gehäuses können aus Kunststoff gebildet sein. Dies hat den Vorteil, dass Halter- oder Kühlmittelstutzen - wie die vorliegenden Stutzen 14A1 14B, 16A, 16B - direkt mit dem Gehäuse gespritzt oder angespritzt werden können.
Der umlenkseitige Boden 21 ist vorliegend mit einer Umlenkkappe 23 versehen und - wie anhand Fig. 2A bis Fig. 2D näher erläutert - mit einer Dichtung 25 gegen das Gehäuse abgedichtet.
Wie in Fig. 1 zu erkennen ist, ist der umlenkseitige Boden 21 ausreichend vom Kühlmittel umströmt, so dass die Umlenkkappe 23 bei dieser Ausführungsform ungekühlt ausgebildet werden kann, was eine erhebliche Kosten- ersparnis darstellt.
Das Gehäuse 15 weist einen vorliegend oben dargestellten Eintrittsstutzen 14A für das zweite Fluid 2 in Form des hochtemperierten Kühlmittels und einen entsprechenden Austrittsstutzen 14B auf. Desweiteren weist das Gehäu- se 15 einen hier unten dargestellten Eintrittsstutzen 16A für das dritte Fluid 3 in Form eines niedrigtemperierten Kühlmittels auf sowie einen entsprechenden Austrittsstutzen 16B. Das zweite Fluid 2 ist vorliegend zur Kühlung des Hochtemperaturteils 11 des Wärmetauschers 10 vorgesehen, während das dritte Fluid 3 zur Kühlung des Niedertemperaturteils 13 des Wärmetauschers 10 vorgesehen ist. Das Abgas 1 durchströmt zuerst den Hochtemperaturteil 11 , wird in der Umlenkkappe 23 umgelenkt und dem Niedertemperaturteil 13 zugeführt. Die entsprechende Kammer 9A des Hochtemperaturteils 11 wird vom zweiten Fluid 2 in Form eines auf hoher Temperatur, zwischen etwa 90° bis 110° C, gehaltenen Kühlmittels durchströmt. Die entsprechende Kammer 9B des Niedertemperaturteils 13 wird durch das dritte Fluid 3 in Form des Kühlmittels auf niederer Temperatur, zwischen etwa 40° bis 600C, durchströmt.
Zur Realisierung dieser sogenannten U-Flow-Anordnung eines Abgaskühlers wird zunächst der gesamte Block 5 inklusive der Umlenkkappe 23 kassetiert und dann entweder mittels Löten oder Schweißen gefügt. Anschließend wird der Block 5 mit samt des Trennblechs in das Gehäuse 15 geschoben. Die Abdichtung der Kammern 9A, 9B - und damit die Abdichtung des Hochtemperaturteils 11 gegen den Niedertemperaturteil 13 - gegenüber der Umge- bung im Bereich der Umlenkkappe 23 erfolgt mittels der Dichtung 25 im Detail A. Das Detail A ist in Bezug auf Fig. 2A bis Fig. 2D näher dargestellt. Die Dichtung ist in allen Abwandlungen der Fig. 2A bis Fig. 2D so platziert, dass diese einem möglichst geringen Wärmeeintrag und/oder einer möglichst guten Wärmeabfuhr unterliegt.
Vorliegend ist eine besonders gute Abdichtung zwischen dem Hochtemperaturteil 11 und dem Niedertemperaturteil 13 vorgesehen und zu diesem Zweck das Trennblech im nicht näher dargestellten Seitenbereich zum Gehäuse gummiert. Das Trennblech kann in einer Abwandlung auch vollständig um- laufend gummiert sein.
In einer nicht dargestellten Abwandlung kann die Abdichtung des Trennblechs zum Gehäuse zusätzlich oder alternativ mittels einer eingelegten O- Ringdichtung ausgeführt werden oder in das Gehäuse 15 eingeklebt werden.
Weiter hinsichtlich der Herstellung kann eine Umlenkkappe in einer in Fig. 3 näher dargestellten Weise im Unterschied zu Fig. 1 auch nicht direkt an den Block 5 angelötet sein, sondern in einem nachgelagerten Arbeitsschritt mit dem Gehäuse 15 verschraubt oder verclipst sein. Eine solche Umlenkkappe ist in Fig. 3 unter dem Bezugszeichen 27 näher dargestellt und über einen Boden 21 geclipst, der wiederum mittels einer Dichtung 25 am Gehäuse 15 festgelegt ist. Die Dichtung 25 ist vorliegend in einer in der Wandung 29 gebildeten Nut 31 des Gehäuses 15 angeordnet. Der Boden 21 ist auf die Stirnseite der Wandung 29 gefügt. Weitere Möglichkeiten der Anbindung eines der Einfachheit halber mit gleichen Bezugszeichen dargestelltem Boden 21 am Gehäuse 15 sind in Fig. 2A bis Fig. 2D dargestellt.
Fig. 2A und Fig. 2B zeigen eine Abwandlung gemäß der der Boden 21 in einer Hinterschneidung 33 des Gehäuses 15 gehalten ist. Eine Abdichtung des Bodens 21 gegen das Gehäuse 15 erfolgt über eine Dichtung 25 in einer Nut 35, welche gemäß Fig. 2A in einer Wandung 29 des Gehäuses 15 gebildet ist und gemäß Fig. 2B in einer Wandung 37 des Bodens 21.
Eine weitere Abwandlung ist in Fig. 2C und Fig. 2D gezeigt, gemäß der der Boden 21 in einer am Gehäuse 15 festgelegten Buchse 39 gehalten ist. Die Dichtung 25 ist in einer durch die Buchse 39 und einem Winkel 41 in der Wandung 29 des Gehäuses 15 gebildeten Rinne gehalten. Dies hat den Vor- teil, dass eine Dichtung 25 auch nachträglich in den Winkel 41 der Wandung 29 eingelegt werden kann und die Buchse 39 nachträglich aufgestülpt werden kann.
Bei der U-Flow-Anordnung eines Wärmetauschers 10 ist die erste Kammer 9A und die zweite Kammer 9B seitlich nebeneinanderliegend im Gehäuse 15 angeordnet und weisen jeweils nebeneinander angeordnete Strömungskanäle 7A, 7B auf, wobei die Strömungskanäle 7A, 7B der ersten Kammer 9A und der zweiten Kammer 9B sequentiell und parallel gegenläufig vom ersten Fluid 1 durchströmt werden, wenn der Wärmetauscher 10 in Betrieb ist. Dies ist in den entsprechenden Strömungsrichtungen am Bezugszeichen 1 der Fig. 1 zu entnehmen.
Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Wärmetauschers 20 in Form eines zweistufigen Abgaskühlers gemäß der zweiten Variante der Erfindung - vorliegend in der sogenannten I-Flow-Anordnung.
Im Unterschied zur ersten Variante bei einem Wärmetauscher 20 gemäß der
I-Flow-Anordnung die erste Kammer 49A und die zweite Kammer 49B quer- schnittsseitig hintereinanderliegend - das heißt in Strömungsrichtung des Abgases 1 - im Gehäuse 45 angeordnet und weisen jeweils hintereinander angeordnete Strömungskanäle 47 auf, wobei die Strömungskanäle 47 der ersten Kammer 49A und der zweiten Kammer 49B sequentiell und parallel gleichläufig vom ersten Fluid 1 durchströmt werden, wenn der Wärmetauscher 20 im Betrieb ist. Vorliegend sind die Strömungskanäle 47 der ersten Kammer 49A und der zweiten Kammer 49B identisch, nämlich aus einem für beide Kammern 49A, 49B gemeinsamen Wingletrohr 47 gebildet.
Darüber hinaus weist auch der Abgaskühler 20 gemäß Fig. 4 einen Block 55 zur voneinander getrennten und wärmetauschenden Führung des ersten FIu- ids 1 in Form eines Abgases und des zweiten Fluids 2 in Form eines ersten Kühlmittels und eines dritten Fluids 3 in Form eines zweiten Kühlmittels auf. Die Strömungskanäle 47 werden vom Abgas durchströmt. Die erste Kammer 49A ist Teil eines Hochtemperaturteils 51. Die zweite Kammer 49B ist Teil eines Niedertemperaturteils 53. Die erste Kammer 49A ist strömungsein- gangsseitig durch einen Boden 61 abgeschlossen, welcher die Strömungskanäle 47 durchführend haltend am Gehäuse 45 festgelegt ist. Die zweite Kammer 49B ist entsprechend ström ungsausgangsseitig von einem weiteren Boden 63 begrenzt, welcher ebenfalls die Strömungskanäle 47 durchführend haltend am Gehäuse 45 festgelegt ist.
Ähnlich wie anhand von Fig. 1 erläutert, weist das Gehäuse 45 einen - diesmal auf unterschiedlichen Seiten angeordnete - Eintrittsstutzen 54A und Austrittsstutzen 54B für das zweite Fluid 2 auf sowie einen Eintrittsstutzen 56A und Ausstrittsstutzen 56B für das dritte Fluid 3 auf. Die erste Kammer 49A und die zweite Kammer 49B sind bei der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform eines Wärmetauschers 20 wiederum durch einen Trennboden 57 voneinander getrennt, welcher in einer Nut 65 festgelegt ist. Der Trennboden 57 ist vorliegend in Form eines die Strömungskanäle 47 in Durchbrüchen 71 durchführend haltenden Trennbodens gebildet, welcher - ähnlich wie die im Detail C in Fig. 4C gezeigte Ausführung der Böden 61 , 63 - in Aufschiebrichtung 67 angefast ist - beim Trennboden 57 ist die Anfasung 73 vorteilhaft beidseitig, d.h. auch gegen die Aufschieberichtung 67, ausgeführt. Durch die Anfasung der Böden 61 , 63 und des Trennbodens 57 im Bereich der Durchbrüche 71 ist ein besonders einfaches - und im Falle einer Ausführung aus Gummi oder gummiertem Blech - auch ein verletzungsfreies Überziehen über die in Form von Rohren gebildeten Strömungskanäle 47 möglich.
Vorliegend ist das Gehäuse 45 zweiteilig mit einem ersten Gehäuseteil 45A für den Hochtemperaturteil und einem zweiten Gehäuseteil 45B für den Niedertemperaturteil 53 gebildet. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, dass beide Gehäuseteile, wie in Fig. 4 aufgeführt, als gleiche Teile gebildet sind, so dass der Herstellungsaufwand wesentlich verringert ist.
Die Nut 65 ist vorliegend durch gegenüberliegende Ausformungen am ersten Gehäuseteil 45A bzw. zweiten Gehäuseteil 45B nach Zusammenfügen der Gehäuseteile 45A, 45B in der Stoßebene 69 gebildet. Die beiden Gehäuseteile 45A, 45B sind so ausgeführt, dass sie den Trennboden 57 aufnehmen können und dazu verhindern, dass dieser auch im nicht-formschlüssig gefüg- ten Zustand nicht verrutschen kann. Dies wird gemäß dem Konzept der Erfindung durch die Nut 65 realisiert, welche vorliegend durch beide als gleiche Teile ausgebildeten Gehäuseteile 45A, 45B beim Zusammenfügen derselben gebildet wird. In einer nicht dargestellten Abwandlung kann eine Nut auch vollständig in einer Wandung eines der Gehäuseteile 45A, 45B selbständig gebildet sein.
Zur Realisierung des Abgaskühlers 20 gemäß Fig. 4 werden die Strömungskanäle 47 in Form von Rohren zunächst mit dem strömungseingangsseitigen Boden 61 kassetiert, und anschließend wird das erste Gehäuseteil 45A ü- bergeschoben, der Trennboden 57 aufgeschoben und danach der zweite Gehäuseteil 49B übergeschoben. Abschließend werden die als Rohre ausgeführten Strömungskanäle 47 mit dem strömungsausgangsseitigen Boden 63 kassetiert. Je nach Fügeprozess und verwendetem Gehäusematerial kann der Abgaskühler 20 nunmehr entweder vollständig gelötet oder geschweißt werden. Dazu sind beide Gehäuseteile 45A, 45B vorteilhaft aus Aluminium ausgeführt. Die Rohrbodenverbindungen werden dann im kassetierten Zustand geschweißt. Bei einer Ausführung der Gehäuseteile 45A, 45B aus Kunststoff sind die Rohrbodenverbindungen im kassetierten Zustand geschweißt, da der Schweißvorgang nur einen geringen Wärmeeintrag in den Kunststoff der Gehäuseteile 45A, 45B hat und somit die Verwendung des Kunststoffgehäuses 45A1 45B ermöglicht.
Vorliegend ist der Trennboden 57 aus Hartgummi, oder in einer Abwandlung aus Kunststoff, gebildet. Dies hat den Vorteil, dass der Trennboden 57 mit sehr geringem Untermaß oder Übermaß hergestellt und als Presspassung über die als Rohre gebildeten Strömungskanäle 47 geschoben werden kann. Aufgrund der Eigenschaften des Gummis ergibt sich selbst im nicht- formschlüssigen Zustand eine ausreichend hohe Dichtheit zwischen dem Hochtemperaturteil 51 und dem Niedertemperatur 53. Dies hat eine ganz bedeutende Zeit- und Kostenersparnis bei der Herstellung des Abgaskühlers 20 zur Folge.
In einer Abwandlung kann der Trennboden 57 auch als Blechteil bzw. aus Aluminium gebildet sein, welches zur besseren Abdichtung zusätzlich mit einem Polymer oder mit einem Gummi überzogen bzw. beschichtet ist. Dies hat den Vorteil, dass das Blech oder Aluminiumteil grundsätzlich dem Abgaskühler 20 eine verbesserte Festigkeit verleiht, während die Gummierung eine ausreichend und bedarfsmäßig gute Abdichtung des Hochtemperatur- teils 51 gegen den Niedertemperaturteil 53 bewirkt. Auch bei dieser Abwandlung ist es möglich, den Trennboden 57 zur besseren Abdichtung als Presspassung bzw. zumindest mit möglichst geringem Spaltmaß über die als Rohre ausgebildeten Strömungskanäle 47 zu schieben. Für den Fall, dass eine fluiddichte leckagefreie Abdichtung erreicht werden soll, kann der Trennbo- den 57 vor allem mit einem Kleber oder einer Abdichtmaße versehen werden, welcher die Spalte zwischen Trennboden 57 und Strömungskanälen 47 abdichtet. Eine Aushärtung eines Klebers oder Abdichtmaße kann mittels gesteuerter Wärmezufuhr erfolgen.
Fig. 5 zeigt schematisch eine mit Vorteilen versehene Abwandlung eines Strömungskanals 47', an dem ein Trennelement 77 zur mosaikartigen Bildung einer Trennfläche gehalten ist - letztere alternative Ausführung einer Trennfläche kann zur vorteilhaften Verwendung anstelle des Trennbodens 57 bei der Ausführungsform eines Wärmetauschers der Fig. 4A dienen. Im vor- liegenden Fall ist das Trennelement 77 als ein auf den Strömungskanal 47' aufclipsbares Silikon- oder Kunststoff -Teil, bei Bedarf auch Metall-Teil, gebildet. Zusätzlich oder alternativ kann das Trennelement 77 auch geklebt oder gelötet am Strömungskanal 47' befestigt sein oder auf andere Weise Stoff-, form-, oder reib-schlüssig angebracht sein. Beim Kassettieren der Strö- mungskanäle 47' - welche vorliegend als rechteckquerschnittliche Flachrohre gebildet sind - werden durch Anordnen benachbarter Strömungskanäle 47' die benachbarten Trennelemente 77 aneinander zur Anlage gebracht. Eine Anlage kann ggf. unter geringfügiger Druckausübung auf die Trennelemente erfolgen - das, vorzugsweise nachgebende, Material der Trennelemente 77, beispielsweise Silikon oder Kunststoff, führt dann beim Kassettieren der Strömungskanäle 47' zur Ausbildung einer fluiddichten Trennfläche, welche die Funktion des in Fig. 4A dargestellten Trennbodens ausübt. In einer weiteren Abwandlung kann das Trennelement auf wenigstens einer seiner einem benachbarten Trennelement zugewandten Außenfläche mit einem Klebe- oder Haftmittel versehen sein. Dadurch kann die Trennfläche durch stoffschlüssig aneinander angeordnete Trennelemente beim Kassettieren der Strömungskanäle 47' gebildet werden. Diese oder ähnliche Ausführungsvarianten haben den Vorteil, dass ein Strömungskanal 47' zusammen mit einem Trennelement 77 einzeln vorgefertigt werden kann und beim Kassettieren bzw. Einbauen der Strömungskanäle 47' im Wärmetauscher die Trennfläche automatisch gebildet wird - ein separater Herstellungsschritt für die Trennfläche entfällt praktisch.
Es hat sich gezeigt, dass bei allen vorgenannten Ausführungsformen die als Rohre ausgeführten Strömungskanäle 47 in unterschiedlichster Art, beispielsweise mit innenrippenseitigen Winglets oder ähnlichem zur Verbesserung eines Wärmeübergangs, ausgeführt werden können. Ein Abgaskühler 10, 20 kann in einer hier nicht dargestellten Weise auch mit einem Bypass, beispielsweise in Form eines Rohres versehen sein. In der I-Flow-Anordnung eines AGK's 20 kann dazu insbesondere zusätzlich ein Bypass in den Block 55 integriert werden. Insbesondere hat es sich dabei als vorteilhaft erwiesen, einen Bypassluftspalt zu isolieren, da eine möglichst geringe Wärmeableitung des Bypasses an den Block 55 gewünscht wird. Eine durch den Trennboden 57 erreichte Trennung zwischen dem Hochtemperaturteil 51 und dem Niedertemperaturteil lässt sich auch im Falle eines Bypasses erreichen. Hinsichtlich der Herstellung hat sich eine weitere Vereinfachung dadurch ergeben, dass ein Abgaskϋhler 10, 20 komplett mit Trennboden 57, 17 vollständig gelötet wird.
Zusammenfassend geht die Erfindung aus von einem Wärmetauscher 10, 20, insbesondere einem Abgaswärmetauscher, zum zweistufigen Wärmetausch zwischen einem ersten Fluid 1 einerseits und einem zweiten 2 und dritten Fluid 3 unterschiedlicher Temperatur andererseits, aufweisend: Einen Block 5, 55 zur voneinander getrennten und wärmetauschenden Führung des ersten 1 und des zweiten 2 und dritten Fluids 3, mit einer Anzahl von dem ersten Fluid 1 durchströmbaren Strömungskanälen 7A, 7B1 47, eine erste die Strömungskanäle 7A, 7B, 47 aufnehmende, von dem zweiten Fluid 2 durchströmbare Kammer 9A, 9B eines Hochtemperaturteils 11 , 51 und eine zweite die Strömungskanäle 7A, 7B, 47 aufnehmende, von dem dritten Fluid 3 durchströmbare Kammer 9A, 9B eines Niedertemperaturteils 13, 53, und ein Gehäuse 15, 45, 45A, 45B, in dem die erste 9A, 49A und zweite Kammer 9B, 49B und die Strömungskanäle 7A, 7B, 47 angeordnet sind. Das Konzept der Erfindung ermöglicht eine kostengünstige Realisierung eines solchen zwei- stufigen Wärmetauschers mit einer geringeren Leckage zwischen dem Hochtemperaturteil 11 , 51 und dem Niedertemperaturteil 13, 53. Das Konzept sieht dazu vor, dass die erste Kammer 9A, 49A und die zweite Kammer 9B, 49B durch eine Trennfläche 17, 57, vorzugsweise fluiddicht, voneinander getrennt sind, welche in einer Nut 65 festgelegt ist.

Claims

Patentansprüche
1. Wärmetauscher (10,20), insbesondere Abgaswärmetauscher, zum zweistufigen Wärmetausch zwischen einem ersten Fluid (1) einerseits, und einem zweiten (2) und dritten Fluid (3) unterschiedlicher Temperatur andererseits, aufweisend: einen Block (5,55) zur voneinander getrennten und wärmetauschenden Führung des ersten (1) und des zweiten (2) und dritten Fluids (3), mit
- einer Anzahl von dem ersten Fluid (1) durchströmbaren Strömungskanälen (7A,7B,47),
- eine erste die Strömungskanäle (7A,7B,47) aufnehmende, von dem zweiten Fluid (2) durchströmbare Kammer (9A) eines Hochtemperatur- teils (11, 51), und
- eine zweite die Strömungskanäle (7A,7B,47) aufnehmende, von dem dritten Fluid (3) durchströmbare Kammer (9B) eines Niedertemperaturteils (13,53), und
- ein Gehäuse (15,45,45A,45B), in dem die erste (9A.49A) und zweite Kammer (9B.49B) und die Strömungskanäle (7A,7B,47) angeordnet sind, dadurch gekennzeich net, dass die erste Kammer (9A.49A) und die zweite Kammer (9B;49B) durch eine Trennfläche (17,57), vorzugsweise in Form eines Trennbodens, voneinander getrennt sind, welche in einer Nut (65) festgelegt ist.
2. Wärmetauscher (10,20) nach Anspruch 1 dadurch gekennzeich net, dass das Gehäuse (15,45,45A,45B) aus einem Metall, insbesondere aus einem austenitischen Stahl, Aluminium oder Legierungen davon gebildet ist, oder das Gehäuse (15,45,45A,45B) aus einem Nicht-Metall, insbesondere einem Kunststoff, einem Faserverbundstoff, einer Keramik oder einer Mischung davon gebildet ist.
3. Wärmetauscher (10,20) nach einem der Ansprüche aus 1 bis 3 dadurch gekennzeich net, dass die Trennfläche, insbesondere der Trennboden (17,57), aus einem Metall, insbesondere einem Edelstahl, Aluminium oder Legierungen davon gebildet ist oder die Trennfläche, insbesondere der Trennboden (17,57), aus einem Nicht-Metall, insbesondere einem Kunststoff, einem Hartgummi, einem Faserverbundstoff, einer Keramik oder Mischungen davon gebildet ist.
4. Wärmetauscher (10,20) nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeich net, dass die Trennfläche, insbesondere der Trennboden (17,57), mit einer Dichtung in der Nut (65) festgelegt ist, oder über ein Klebemittel festgelegt ist, oder in der Nut (65) über eine Löt- und/oder Schweißverbindung festgelegt ist, oder in einem der Nut (65) zugeordneten Randbereich mit einem Gummi und/oder einem Polymer überzogen ist.
5. Wärmetauscher (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeich net, dass die erste Kammer (9A.49A) und die zweite Kammer (9B,49B) seitlich nebeneinander liegend, im Gehäuse (15,45,45A,45B) angeordnet sind und jeweils nebeneinander angeordnete Strömungskanäle (7A,7B,47) aufweisen, wobei die Strömungskanäle (7A,7B,47) der ersten (9A.49A) und der zweiten Kammer (9B.49B) sequentiell und parallel gegenläufig vom ersten Fluid (1) durchströmbar sind.
6. Wärmetauscher (10) nach Anspruch 5 dadurch gekennzeich net, dass das Gehäuse (15) einteilig ist.
7. Wärmetauscher (10) nach einem der Ansprüche 5 oder 6 dadurch gekennzeich net, dass die Strömungskanäle (7A.7B) der ersten (9A) und der zweiten Kammer (9B) von unterschiedlicher Anzahl sind.
8. Wärmetauscher (10) nach einem der Ansprüche 5 bis 7 dadurch gekennzeich net, dass die erste (9A) und die zweite Kammer (9B) beidends durch einen die Strömungskanäle (7A,7B) durchführend haltenden, beiden Kammern gemeinsamen Boden (19,21) begrenzt ist.
9. Wärmetauscher (10) nach einem der Ansprüche 5 bis 8 dadurch gekennzeich net, dass der Boden (19,21) in einer Hinterschneidung des Gehäuses (15) gehalten ist oder der Boden (19,21) in einer am Gehäuse (15) festgelegten Buchse (39) gehalten ist.
10. Wärmetauscher (10) nach einem der Ansprüche 5 bis 9 dadurch gekennzeich net, dass der Boden (19,21) mit einer Dichtung (25) , insbesondere mit einer Dichtung (25) in einer Nut (31,35) und/oder einem Winkel (41) des Gehäuses (15) und/oder des Bodens (19,21), gegen das Gehäuse (15) abgedichtet ist.
11. Wärmetauscher (10) nach einem der Ansprüche 5 bis 10 dadurch gekennzeich net, dass einends eine Umlenkkappe (23) zur Überführung des ersten Fluids (1) von den Strömungskanälen (7A,7B) der ersten Kammer (9A) in die Strömungskanälen (7B) der zweiten Kammer (9B) angeordnet ist.
12. Wärmetauscher (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeich net, dass die erste Kammer (49A) und die zweite Kammer (49B) querschnittsseitig hintereinander liegend, im Gehäuse (45,45A,45B) angeordnet sind und jeweils hintereinander angeordnete Strömungskanäle (47) aufweisen, wobei die Strömungskanäle (47) der ersten (49A) und der zweiten Kammer (49B) sequentiell und parallel gleichläufig vom ersten Fluid (1) durchströmbar sind, insbesondere die Strömungskanäle (47) der ersten (49A) und der zweiten Kammer (49B) identisch sind.
13. Wärmetauscher (20) nach Anspruch 12 dadurch gekennzeich net, dass das Gehäuse (45,45A,45B) zweiteilig ist, insbesondere die Gehäuseteile (45A.45B) als Gleichteile gebildet sind, vorzugsweise die Nut (65) durch beide Gehäuseteile (45A.45B) gebildet wird.
14. Wärmetauscher (20) nach Anspruch 12 oder 13 dadurch gekennzeich net, dass die Trennfläche (57) in Form einer die Strömungskanäle (47) durchführend haltenden Trennfläche (57) gebildet ist, insbesondere Durchführungen (71) aufweist, die angefast sind.
15. Wärmetauscher (20) nach Anspruch 12 oder 13 dadurch gekennzeich net, dass die Trennfläche (57) aus einer Anzahl von separaten Trennelementen gebildet ist, insbesondere wobei ein oder mehrere Trennelemente jeweils an einem Strömungskanal gehalten sind, insbesondere wobei ein Trennelement in Form eines einen Strömungskanal umgebenden Ringwulstes gebildet ist.
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