WO2016012514A2 - Heat exchanger and modular system for producing a heat exchanger - Google Patents

Heat exchanger and modular system for producing a heat exchanger Download PDF

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WO2016012514A2
WO2016012514A2 PCT/EP2015/066794 EP2015066794W WO2016012514A2 WO 2016012514 A2 WO2016012514 A2 WO 2016012514A2 EP 2015066794 W EP2015066794 W EP 2015066794W WO 2016012514 A2 WO2016012514 A2 WO 2016012514A2
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heat exchanger
flow channel
exchanger body
vortex
flow
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Peter Neidenberger
Xaver HANSLMEIER
Max Bauer
Volodymyr Ilchenko
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Webasto SE
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    • F28D7/10Heat-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 one within the other, e.g. concentrically
    • F28D7/12Heat-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 one within the other, e.g. concentrically the surrounding tube being closed at one end, e.g. return type
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    • F28F2255/00Heat exchanger elements made of materials having special features or resulting from particular manufacturing processes
    • F28F2255/16Heat exchanger elements made of materials having special features or resulting from particular manufacturing processes extruded

Definitions

  • the invention relates to heat exchangers for exhaust gas heat recovery and a modular system for producing a heat exchanger.
  • Heat exchangers for the use of exhaust heat usually have a flow channel through which the exhaust gas is passed.
  • the heat exchanger comprises a heat exchanger body.
  • the primary function of the heat exchanger body is the efficient heat transfer of the heat of the exhaust gas to the fluid flowing on the side of the heat exchanger body facing away from the exhaust gas.
  • a deflecting body is connected at least at one end of the heat exchanger body in order to deflect an exhaust gas or a fluid to be heated, in particular in order to direct it after its exit from an exhaust pipe into the flow channel.
  • Turbulence or turbulent flow are flows that have undefined cross flows to the general flow direction while a vortex or vortex flow is a defined circular flow.
  • the term circular flow is not to be understood as a circular flow with a constant radius, but rather as a substantially continuous flow.
  • a vortex may take various forms, such as a cone shape, a cylinder shape, or any intermediate shape between these two extremes.
  • vortices can occur whose diameter initially increases starting from the point of origin or the surface of origin and later decreases, or whose diameter initially decreases and later increases.
  • Such vertebrae may be in the form of a hyperboloid or a paraboloid.
  • the term circular flow also includes vortices whose cross-sectional area is elliptical or otherwise continuous have curved circumferential line. If flows have mixed forms of vortexes and turbulent flows, ie the flows have a definable vortex component, then these flows fall under the terms vortex or vortex flow.
  • the vortex forms mentioned above are examples of single vertebrae.
  • the center axis can run parallel, perpendicular or angled to the general flow direction in the flow channel. If the vortex has a shape that does not have a central axis, then the center line is the connecting line of the centroids of the cross sections of the vortex in the direction of flow, that is, a line tangent to the general streamline. It can happen that two or more vertebrae overlap. In the following, the term vortex therefore includes flows with one or more individual vertebrae. It is an object of the invention to provide a heat exchanger and a modular system for a heat exchanger, which ensures increased heat transfer.
  • a first aspect of the invention relates to a heat exchanger for exhaust heat utilization, comprising a heat exchanger body, a deflecting body for deflecting an exhaust gas in a common flow channel of the heat exchanger body and the deflecting, wherein the flow channel in the deflecting body has a contour which is formed for vortex formation in a subsequent channel section ,
  • the contour for vortex formation can be realized for example by a correspondingly formed side or bottom wall, which gives the flow a twist.
  • channel contours may also be provided which are defined by metal plates, protrusions, pins, nails or other vertebral bodies arranged and projecting in the flow channel.
  • the contour has a tangent or tangential plane that points through a central region of a flow channel section in the heat exchanger body, in particular a tangent or a tangential plane that runs perpendicular to a longitudinal axis of the flow channel section in the heat exchanger body.
  • the contour may have a tangential plane parallel to a longitudinal axis, in particular special center axis, the flow channel section extends in the heat exchanger body.
  • the flow channel may be divided in the diverting body into a plurality of subchannels, so that the exhaust gas flows away via partial streams from the exhaust pipe.
  • deflecting regions may be arranged on the outside of the deflecting body, which connect two or more subchannels of the plurality of subchannels, so that the fluid to be heated is located in a sub-channel in a direct current to the flow direction of the exhaust gas and in a further sub-channel in a counter-current is located to the flow direction of the exhaust gas.
  • the deflection regions can be formed in ribs which are formed in the deflecting body.
  • the ribs may have a cross-sectional profile at a connecting surface to the heat transfer body, which corresponds to the cross-sectional profile of the heat exchanger.
  • such features may be included as are described for the third aspect of the invention.
  • the deflection body described here can also be combined with the heat exchanger body described below. That is, for example, a heat exchanger can be formed, which has a flow channel extending in the heat exchanger body and the deflecting body, wherein the flow channel has a cross-sectional profile which is adapted to a peripheral shape of the vortex to be formed and wherein the flow channel in the Deflection body has a contour which is formed for vortex formation in a subsequent channel section.
  • the contour may also include sheets, protrusions, pins, needles, ribs or fin fins that protrude into the channel.
  • the contour may have a knocking bottom or a curved bottom, wherein this may have a curvature about a longitudinal axis and / or transverse axis of the flow channel in the deflection body, so that a twist is imposed on the flow.
  • the deflecting body can likewise have a cross-sectional profile which promotes or facilitates vortex formation.
  • the cross-sectional profile can be arranged in the region of a rib.
  • the contour is designed as a wave contour, the contour in particular having a meander shape or a pendulum length. In this way more than one vortex can be superimposed, whereby the vortexes can also flow through different regions of the further flow channel.
  • the flow channel is adapted in the case of multiple vortices to the outlines of all vertebrae.
  • a second aspect of the invention relates to a heat exchanger for exhaust heat utilization, comprising a heat exchanger body, wherein the heat exchanger body is divided into a plurality of heat exchanger body sections, which can form a flow channel in a corresponding relative position in a reference state, wherein the heat transformer body sections in a working state relative to the reference state a common axis are arranged rotated to each other, so that there is a deviating from the reference state configuration of the heat exchanger body.
  • inner walls of the heat exchanger body sections in the reference state may be partially aligned with one another to have inner walls offset from one another in the working state, wherein the end faces of one heat exchanger body section may protrude into the flow channel section of another heat exchanger body section.
  • these may be end faces of staggered ribs of the heat exchanger bodies.
  • the angle through which two adjacent heat exchanger body sections are rotated relative to one another is defined as their torsional angle.
  • the heat exchanger body is preferably formed as an extruded profile, which is subdivided into the heat exchanger body sections after production.
  • the heat exchanger body sections can be reworked in a post-processing step to produce a desired flow channel formation.
  • the edges of the end faces can be rounded or chamfered.
  • the heat exchanger body sections can also be made of a different metal.
  • the heat exchanger body sections can each be rotated relative to one another by the same angle of rotation.
  • the heat exchanger body sections in particular have an identical cross-sectional profile.
  • a cross-sectional profile of a heat exchanger body portion may be a cross-sectional profile as described in the third aspect of the invention.
  • the cross-sectional profile may be an 8-ter shape, a loop shape, a cone shape, or the like. It can also be a form consisting of straight lines and / or elliptical and / or circular arches, for example an egg shape.
  • Two adjacent heat exchanger body sections can also have different cross-sectional profiles.
  • the heat exchanger body sections can also be arranged rotated relative to one another so that the flow channel branches.
  • a heat exchanger body section may be provided at a transition to an adjacent heat exchanger body section or at a transition to a diverter body in the flow chamber. mungskanal have curves, curvatures or chamfers, which prevent turbulence, but favor or allow vortex generation or a directed cross-flow in the flow channel.
  • the axis is preferably a respective longitudinal axis of the heat exchanger body sections, in particular if the heat exchanger body sections are extruded sections or if the heat exchanger body section is a body having a longitudinal axis. For example, this may be a cylinder-like or cone-like body formed as an extrusion body. In particular, the axis may be a common center axis.
  • flow obstacles are formed in the flow channel.
  • the flow obstacles in the flow channel may be curves, bends or bevels that prevent turbulence but promote or permit vortex generation or directed cross flow in the flow channel.
  • the flow obstacles are formed as a vortex generating means.
  • one or more defined vortices can be generated in the flow channel of the heat exchanger body in a simple manner, without having to provide additional vertebral bodies or special contours of the channel walls.
  • the heat exchanger can be developed so that the flow channel is formed by the rotation in a spiral shape.
  • a flow through the middle layers of the flow in the flow channel can be achieved in a simple manner.
  • an additional swirl can be generated, which reduces a pressure drop, even if the deflecting has no vortex-promoting design.
  • the heat exchanger may further comprise a deflecting body for deflecting the exhaust gas and / or the fluid into or out of a sub-channel of the flow channel from or into a further sub-channel of the flow channel.
  • This deflecting body may be the deflecting body described above.
  • the deflecting body may be, in particular, a closing cover or a bottom part.
  • a third aspect of the invention relates to a heat exchanger for exhaust heat utilization, comprising a heat exchanger body, a formed in the heat exchanger body flow channel for guiding an exhaust gas and for heat recovery from the exhaust gas and a vortex generating means for forming a vortex of the exhaust gas in the flow channel, wherein the flow channel has a cross-sectional profile which is at least partially adapted to a peripheral shape of the vortex to be formed.
  • the cross-sectional profile can be particularly preferably adapted to the entire peripheral shape. If the cross-sectional profile is adapted to the entire peripheral shape, then a wire can be formed, which occupies the entire cross-sectional area of the flow channel.
  • a cross-flow occurs in an inner region of the flow channel, whereby hot flow layers reach a heat-transferring wall, so that a larger amount of heat can be transferred to a fluid to be heated.
  • the fluid to be heated flows in a further flow channel, which is arranged on a side of the heat exchanger body facing away from the flow channel.
  • dead spaces without cross flows are advantageously avoided.
  • the transverse flow increases the temperature gradient between the flow channel and the further flow channel.
  • the heat exchanger expediently has a substantially cylindrical basic shape, but it may also have a conical basic shape.
  • the heat exchanger body may also have a prismatic basic shape.
  • Cylindrical, conical and prismatic shapes have in common that they can be advantageously produced by extrusion, so that extrusion extrusions are formed by extrusion.
  • extruded profiles are also referred to as Extrusi- onsêt.
  • Each of these extruded profiles has at least one outer and inner circumferential surface, which run parallel to a central axis and which are bounded by two base surfaces. The bases preferably correspond to the cross-sectional profile.
  • the heat exchanger body is produced as an extruded profile, it may additionally be provided that the extruded profile is a twisted extrusion body. That is, in the longitudinal direction of the extrusion body is twisted about the longitudinal axis of the heat transfer body.
  • the heat exchanger body has different cross-sectional profiles along its longitudinal extension, wherein the base surfaces preferably have an upper cross-sectional profile and an correspond to the lower cross-sectional profile.
  • the outer and inner lateral surface are hereinafter referred to as inside and outside, wherein the flow channel is preferably formed on the inside.
  • the cross-sectional profile can comprise transverse walls, in particular if the heat exchanger body encompasses the function of a housing and / or has a plurality of outer and inner lateral surfaces.
  • the heat exchanger body has a receiving opening for an exhaust pipe, wherein an innermost lateral surface has a cross section which is adapted to the exhaust pipe, so that the exhaust pipe can be inserted into the heat exchanger body.
  • the heat exchanger can be further developed by the cross-sectional profile is only partially adapted to the peripheral shape of the vortex.
  • the cross-sectional profile of the first flow channel can also have openings through which a flow of the exhaust gas can take place.
  • an opening is provided between two adjacent sub-channels of the first flow channel, so that the exhaust gas can flow from one sub-channel into the adjacent second sub-channel and vice versa. Branches a flow channel, the individual parts are referred to below as sub-channels.
  • the heat exchanger comprises a deflecting body, wherein the heat exchanger body is connected to the deflecting body.
  • the deflecting body may be a bottom part for returning the exhaust gas from the exhaust pipe.
  • the deflecting body can also be a cover for the heat exchanger body. If the heat exchanger body has a substantially cylindrical, conical or prismatic shape, deflecting bodies can be arranged on opposite base surfaces of the heat exchanger body at the ends in each case. In this case, the flow channel can also extend to the deflecting body or the deflecting body.
  • the deflection body may also have an inner side and an outer side, wherein the flow channel is preferably formed on the inside of the deflection body.
  • the deflecting body On its inner side, the deflecting body can have a deflection region in which an exhaust gas which flows out of an exhaust gas pipe is preferably deflected by 180 °, so that it flows into the flow channel in the heat exchanger body.
  • the heat exchanger body and the deflecting body can be joined together by joining.
  • the deflecting body and the heat exchanger body can be connected to one another by means of soldering, welding, gluing or pressing. It can be provided that the heat exchanger body and the deflecting body are integrally formed, that is, that the heat exchanger body and the deflecting from a workpiece are formed or exist.
  • the heat exchanger body and the deflecting body may be made of aluminum, an aluminum alloy, iron, an iron alloy, in particular steel.
  • the heat exchanger body and the deflecting body are made of the same material.
  • the deflection body is preferably a casting or a compression molding.
  • the deflecting body can not be an extruded profile.
  • the flow channel is subdivided into a plurality of subchannels, wherein each subchannel can be arranged in each case in one rib formed in the heat exchanger body.
  • the heat exchanger body may be formed star-shaped, wherein the ribs point wise wise radially from a central axis of the heat exchanger body have radially outward.
  • the ribs may have gaps in which a further flow channel is designed to guide a fluid to be heated.
  • the flow channel and the further flow channel are also referred to below as the first flow channel and the second flow channel.
  • the second flow channel is preferably divided into a plurality of flow channel sections.
  • the second flow channel is formed on the corresponding opposite side of a heat transfer wall of the heat transfer body. If the first flow channel is arranged on the inside of the heat exchanger body, then the second flow channel is arranged on the outside.
  • the part of the first flow duct arranged in the bottom part can advantageously have a contour in which a wave contour is pronounced, so that the flow already acquires a swirl before entering the flow duct in the heat exchanger body or at least cross flows through a medium flow area, so that the vortex formation is supported and the flow layers are better mixed.
  • a meander shape or a pendulum length is formed in the second flow channel by the wave contour. If two opposing wave contours are formed in two opposite walls of the channel contour of the second flow channel, advantageously two intermeshing vortices can be produced. As a result, the heat transfer is improved due to the advantageous higher achieved mixing of the exhaust gas.
  • An exhaust gas flowing in from the exhaust pipe to the deflection body is conducted or deflected in a deflection region of the deflection body into the flow channel in the heat exchanger body.
  • the cross-sectional profile of the flow channel in the heat exchanger body can be made identical to the cross-sectional profile in the deflecting body.
  • the interconnected base surfaces of the heat exchanger body and of the deflection body can be identical to one another or have common partial surfaces.
  • the vortex generator can be arranged in a deflecting body.
  • the vortex generating means may be a protruding edge, a pin or a nail or be formed by the wave contour of the flow channel in the deflecting body.
  • the vortex generating means is additionally or subsequently secured in the flow channel.
  • the deflecting body is a cover
  • the cover has an opening for receiving an exhaust pipe.
  • the end cover deflection regions in particular on an outer side, have, which allow a backflow of the fluid to be heated from a first sub-channel into a second sub-channel.
  • the heat exchanger may have a housing which covers the further flow channel on the outside of the heat exchanger body.
  • the heat exchanger can be developed in such a way that the housing is formed by the heat exchanger body.
  • a jacket layer of the cross-sectional profile of the heat exchanger body forms an outer housing wall.
  • the housing may be formed in the region of a deflecting body by the deflecting body itself, wherein the outer housing wall is formed by an outer wall of the deflecting body.
  • the heat exchanger may be appropriately developed so that the peripheral shape of the vortex is an 8-ter shape or loop shape.
  • the cross-sectional shape of the flow channel assumes an 8-th shape or a loop shape.
  • the center of the flow channel can be traversed in a simple manner with a transverse flow, so that the middle layers reach a heat transfer directly to a channel wall of the flow channel facing the further flow channel.
  • the 8-th shape and the loop shape are characterized by two protrusions projecting from opposite points of the channel walls of the flow channel, over which the exhaust gas flows. In this case, in a region behind the projections, two partial streams intersect, whereby a particularly good mixing of the flow layers, in particular the middle flow layers is achieved.
  • the heat exchanger can be developed such that the peripheral shape of the vortex is a trapezoidal shape. This preferably has rounded corners.
  • Such a cross-sectional profile is particularly easy to produce, with the wall thickness of the heat exchanger is advantageously constant, so that a low-loss, homogeneous heat transfer along the heat exchanger wall can be set. In particular, no thickened points occur in the channel wall which produce a heat transfer. influence negatively. It may be provided that two opposite trapezoidal shapes form the 8th shape or the loop shape.
  • the heat exchanger can be developed so that the peripheral shape of the vortex is formed of juxtaposed circular or elliptical arcs with different or equal radii. For example, this creates an egg shape.
  • the peripheral shape of the vortex consists of a mixed form.
  • an outwardly curved elliptical arc having a corresponding radius may be formed on an outer inner wall of the flow channel, wherein the two side walls producing a rib shape are curvilinear walls.
  • An inner inner wall may in turn have an outwardly inclined curvature, wherein the inner inner wall may also be formed by an exhaust pipe. If the radii are adapted to the radius of curvature of the basic shape of the heat exchanger body, then aligned ribs provide for the substantially cylindrical or conical basic shape of the heat exchanger body. It may also have only the outer inner wall has a curvature. In this case, the inner wall can be straight. In this way, a heat exchanger body can be realized with an inner prismatic and an outer cylindrical shape.
  • the cross-sectional profile of the flow channel has at least in the heat exchanger body an inlet opening for the exhaust gas and at the inlet opening an overflow edge for vortex formation or to support the vortex formation of the incoming exhaust gas is formed.
  • the inlet opening preferably extends along a longitudinal extent of the heat exchanger body in a longitudinal section of the flow channel. Further, the exhaust gas flowing in the exhaust pipe may already give off heat to the recirculated exhaust gas, so that the temperature of the recirculated exhaust gas is increased.
  • a longitudinal section is a in the section of the flow channel, which is a partial section of the longitudinal extension of the flow channel.
  • the aforementioned aspects of the invention are preferably suitable for a modular system for producing a heat exchanger from a plurality of components, wherein the components have a common flow channel for guiding an exhaust gas and for heat recovery from the exhaust gas, wherein arranged in the flow channel at least one flow obstacle is, so that the flow layers are mixed in the flow channel, wherein the components are selected from the group of heat exchanger body or a plurality of heat exchanger body sections, bottom part and end cover, wherein the selected components comprise at least one heat exchanger body or a plurality of heat exchanger body sections, the components after selection by Joining be joined together.
  • a heat exchanger can be assembled and produced in a simple manner by providing said components whose heat transfer is increased compared to a conventional heat exchanger and adapted to the corresponding intended use.
  • the modular system can be assembled in a simple manner.
  • the joining can be a pressing, gluing, welding or soldering.
  • a vortex generating means for vortex formation in the flow channel is provided in the flow channel, wherein the flow channel in the heat exchanger body has a cross-sectional profile which is adapted to a peripheral shape of the vortex to be formed.
  • the cross-sectional profile may be an 8-th shape, a loop shape, a cone shape, or the like. It can also be a form consisting of straight lines and / or elliptical and / or circular arches, for example an egg shape.
  • features of the third aspect of the invention may be provided or formed with corresponding components in the modular system.
  • the bottom part and / or the end cover are each formed as a deflecting body, wherein the deflecting body for deflecting an exhaust gas in a common flow channel of the plantekhaerkör- pers and the deflecting body is provided, and wherein the flow channel in the deflecting body has a contour which is formed for vortex formation in a subsequent channel section.
  • features of the third aspect of the invention may be provided or formed in corresponding components in the modular system.
  • the modular system is expediently developed such that the heat exchanger body is subdivided into a plurality of heat exchanger body sections, wherein the heat exchanger body sections are arranged in a working state with respect to a reference state about a common axis rotated to each other, so that there is a deviating from the reference state configuration of the heat exchanger body.
  • features of the second aspect of the invention may be provided or formed in corresponding components in the modular system.
  • the modular system is configured such that a first heat exchanger body and a second heat exchanger body portion of the plurality of heat exchanger body sections ribs, wherein the flow channel is disposed in the first and the second heat exchanger body portion between two ribs, and wherein the at least one flow obstacle through at least partially a portion the flow channel in the first heat exchanger body portion overlapping end faces of the ribs of the second heat exchanger body portion is formed.
  • the flow obstacles can be formed in a simple manner, in particular if the heat exchanger body or the heat exchanger body sections are extruded profiles which have the same cross-sectional profile.
  • the modular system is further developed in such a way that the heat exchanger body or the plurality of heat exchanger body sections, preferably all of the components, have a common second flow channel for guiding the fluid to be heated, which is arranged on a side of the heat exchanger body facing away from the flow channel or the plurality of heat exchanger body sections is.
  • both channels can be realized in a single component in a particularly simple manner. In this way, it is possible in particular to omit a housing which is otherwise to be attached to the outside, when the outer of the two flow channels is surrounded by an outer wall. is also formed in the heat exchanger body or the plurality of heat exchanger body sections.
  • the modular system can be further developed in such a way that the heat transfer body or the majority of the heat exchanger body sections are extruded profiles.
  • the remaining components can be castings or pressed parts, which are preferably manufactured using a method different from extrusion molding. Extruded profiles are characterized by their advantageous ease of production, in particular, a homogeneous nature of the finished component can be achieved.
  • a plurality of similar heat exchanger body or heat exchanger body sections can be made with only a single die.
  • the heat exchangers mentioned may in particular be a further development of cylindrical or substantially pot-shaped heat exchangers with alternating direct and countercurrent regions.
  • the invention is based, in particular, on the following findings:
  • a cross-sectional profile of a flow channel is adapted to a vortex to be formed, or if the flow channel in the deflecting body has a wave contour, vortex formation is favored and mixing of the flow layers in the flow channel is achieved without too high pressure loss occurs in the flow channel.
  • a rotation of heat exchanger sections to each other a flow in a flow channel is advantageously imposed a twist and mix the flow layers. Characterized in that in the assembled heat exchanger, a flow channel is formed with flow obstacles, the flow layers can mix in the flow channel.
  • Figure 1 is a schematic sectional view of a heat exchanger
  • Figure 2 is a schematic sectional view of a heat exchanger with various examples for the design of the flow channel a third embodiment of a suitable for vortex formation contour of a heat exchanger, a schematic arrangement of flow channels of a heat exchanger designed as a cover deflecting a heat exchanger a heat exchanger body of a heat exchanger as a second embodiment of a suitable vortex formation contour of a heat exchanger Floor formed deflecting a heat exchanger a arranged in the bottom part deflection a schematic view of a heat exchanger
  • FIG. 1 shows in a plan view a sectional view of one half of a substantially cylindrical heat exchanger 1 with a deflecting body designed as a bottom part 10 and a housing 70.
  • ribs 1 1 extending radially outward around a central axis 2 of the heat exchanger 1 are formed , which are arranged offset from each other by an angle ⁇ .
  • the angle ⁇ is 45 °, so that in the heat exchanger a total of eight ribs 1 1 are formed. It can also be formed more or less ribs 1 1.
  • the ribs 1 1 are presently formed of an outer wall 13 and two side walls 14 and are interconnected by an inner wall 15 designed as a connecting web.
  • the connecting webs form a prismatic inner shell of the cylindrical base
  • the ribs 1 1 each surround a partial channel 31 of a first flow channel 30.
  • the housing 70 and the bottom part 10 may also be integrally formed, wherein the bottom part 10 may then have a continuous outer jacket.
  • an exhaust pipe which rests on the bottom part 10, wherein from the exhaust pipe, an exhaust gas flows into a deflection region 12 of the bottom part 10.
  • the exhaust pipe has a diameter which corresponds approximately to the inner diameter of the prismatic inner shell, so that the exhaust pipe can lean against this or be attached thereto.
  • the deflection region 12 extends from the central axis 2 to the outer walls 13 of the ribs 1 1.
  • the geometry of the deflection region 12 is discussed in more detail in FIGS. 5 c and 5 d.
  • the exhaust gas is distributed through the deflection in the ribs 1 1, which is indicated by a curved line 3.
  • a flow obstacle 16 is arranged in an inlet opening 17 of the ribs 1 1 1 in an inlet opening 17 of the ribs 1 1 1 .
  • the flow obstruction 16 is a wedge which projects into the first flow channel 30 and causes a cross flow. As a result of this transverse flow, a vortex 4 is produced in the subsequent channel section, the central axis of which runs essentially parallel to a longitudinal axis of the further channel section.
  • the cross-sectional profile of the first flow channel 30 is trapezoidal in the ribs 1 1, wherein the outer wall 13 represents the shorter of the two parallels in the trapezoid and wherein the side walls 14 form the two non-parallel connecting lines of the trapezoid.
  • the deflection region 12 is subdivided in front of the inlet region 17 by dividing webs 18, which are respectively arranged in front of the inner walls 15 and subdivide the exhaust gas stream into a number of exhaust gas partial streams, wherein the number of exhaust gas partial streams corresponds to the number of ribs 1 1.
  • the ribs 1 1 in intervals a further or second flow channel 40 for a fluid to be heated.
  • the fluid may be water or a coolant, for example a water-glycol mixture.
  • a primary function of the deflection body is the deflection of the exhaust gas and the fluid to be heated.
  • the diverting body has a secondary function, namely a heat transfer from the hot exhaust gas to the cooler, to be heated fluid.
  • the heat transfer takes place via the side wall 14.
  • the temperature gradient between an inner side of the side wall 14 and an outer side of the side wall 14 is crucial for the efficiency of heat transfer.
  • the Deflection of the fluid to be heated is described in more detail in Figure 5c.
  • the deflection takes place in the view in FIG. 1 below the ribs 11 in the elbows provided therefor, for example pipe bends, segment bends or elbows, which form a deflection region, not shown in FIG. 1, in the second flow channel 40.
  • the exhaust gas layers flowing on the side wall 14 are mixed or exchanged with the exhaust gas layers flowing further inwardly in the flow channel 30, so that a larger temperature gradient is established on the side wall 14.
  • FIG. 2 also shows a plan view of a section through one half of a heat exchanger body 20, which is firmly joined together with the bottom part 10 shown in FIG. 1, the center axes of the bottom part 10 and the heat exchanger body 20 coinciding.
  • the heat exchanger body 20 is formed as an extruded profile and made by extrusion from an extruded mold.
  • the heat exchanger body 20 is made of an aluminum alloy, but may also be made of another thermally conductive material. In the embodiments, the heat exchanger body 20 and the bottom part 10 made of the same material.
  • the heat exchanger body 20 has corresponding to the bottom part 10 a plurality of ribs 21 a-d, which protrude in a star shape around the central axis 2 to the outside.
  • each of the ribs 21 a-d is accordingly penetrated by a partial channel of the first flow channel 30.
  • a single cross-sectional profile of one of the fins 21 a-d shown is used repeatedly in the heat exchanger body 20, which expediently corresponds to the cross-sectional profile of the first flow channel 30 of the fins 1 1 of the base part 10.
  • a first cross-sectional profile of a first rib 21 a has a loop shape.
  • the loop shape is characterized by two different width partial vortex sections, which are separated from each other by two opposite, of side walls 24a of the rib 21 a transversely to a flow direction in the flow channel 30 projecting round projections 26a.
  • the outer shape of the rib 21 a is trapezoidal. In the present case, an outer wall 23 a of the rib 21 a shorter than an inner wall 25 a of the rib 21 a. However, the outer wall 23a can also be longer than the inner wall 25a.
  • the first cross Section profile is thus adapted to a vortex with a loop-shaped peripheral shape. A vortex with such a peripheral shape is in particular a double vortex.
  • a second cross-sectional profile of a second rib 21 b has an outwardly tapered trapezoidal shape.
  • a third cross-sectional profile of a third rib 21 c has an inwardly tapering trapezoidal shape.
  • the outer shapes of the ribs 21 b and 21 c are corresponding trapezoidal shapes, wherein the outer shape of the rib 21 b tapers to the outside and the outer shape of the rib 21 c tapers inwardly.
  • the heat exchanger body 20 does not necessarily have ribs.
  • the heat exchanger body having a plurality of sub-channels, which are separated by transverse walls between two jacket walls, so that there is a shell-shell profile.
  • the exhaust gas and the fluid to be heated flow alternately through the subchannels, that is, there are partial channels of the first flow channel 30 and partial channels of the second flow channel 40 alternately see between two jacket walls of the heat exchanger body 20.
  • the second and the third cross-sectional profile are thus adapted to trapezoidal peripheral shapes of a vortex.
  • a first cross-sectional profile of a fourth rib 21 d has an 8-th shape.
  • the 8-th shape is characterized by two equal partial vortex sections, which are separated from one another by two round projections 26d projecting transversely to a flow direction into the flow channel 30 from side walls 24d of the rib 21d.
  • the outer shape of the rib 21 d is rectangular.
  • An outer wall 23d of the rib 21d is as long in the 8th shape as an inner wall 25d of the rib 21d.
  • the fourth cross-sectional profile is thus adapted to a vortex with an 8-ter-shaped peripheral shape. A vortex with such a peripheral shape is in particular a double vortex.
  • All of the shown ribs 21 ad have in common that the inner walls 25a-d are respectively mounted in place of an inlet opening between two inner walls connecting the ribs 21 ad. is orders. However, it can be provided that the inner walls 25a-d are part of an exhaust pipe inserted into the heat exchanger.
  • FIGS. 3a to 3c Exemplary embodiments of the cross-sectional profile of the flow channel 30 in the bottom part are shown in FIGS. 3a to 3c.
  • the heat exchanger body may have an identical or similar cross-sectional profile in the ribs.
  • the cross-sectional profile of a rib 11 of the bottom part shown in FIG. 3 a substantially corresponds to a trapezoidal shape with rounded corners and an inlet opening 17 instead of a closed inner wall.
  • the outer wall 13 has an outwardly curved curvature.
  • the cross-sectional profile is thus adapted to a peripheral shape of a vortex 4 of two straight lines and a bow connecting the straight lines.
  • the side walls 14 may readily have a curvature, whereby the cross-sectional profile is adapted to a vortex with a circumferential shape formed from juxtaposed circular or elliptical arcs with different or equal radii, for example an egg shape.
  • FIG. 3b shows a contour in the form of a pendulum track for aiding eddy formation in the cross-sectional profile.
  • the side walls 14 have a wave form, with wave crests 19 of one side wall 14 facing the wave crests 19 of the other side wall 14. This forces the flow to cross over.
  • two opposing vortices 4a, b are formed by the building up of the flows in the cross-sectional profile at the end of the vortex path.
  • the cross-sectional profile of the pendulum is to illustrate how the contour has an influence on the subsequent flow, once again shown by dashed lines in Figure 2.
  • the contour is not adapted in Figure 2 to the subsequent channel section. An adaptation of the contour to the subsequent channel section in the heat exchanger body 20 is readily possible.
  • Figure 3c shows a contour in a meandering shape, wherein the two side walls 14a, b are formed identical to each other in many parts and their respective opposing tangents in these parts are aligned parallel to each other, so that the wave crests 19a of the first side wall 14a with respect to the troughs 19b the second side wall 14b are located.
  • a speed component running transversely to the flow direction can be imposed on a very wide flow cross-section so that a very wide vortex in the cross-sectional profile adjusts at one end of the subsection of the flow channel 30 in the rib 11.
  • a plurality of sub-sections, each with a meander-shaped contour can be arranged side by side, although the outside of the side walls 14a, b are formed with a corresponding waveform.
  • the inlet opening 17 can extend at least partially along the longitudinal extension, that is to say preferably parallel to the central axis. This is particularly advantageous if between the exhaust pipe and the heat exchanger body, a gap is provided, through which the exhaust gas can flow back, in which case the exhaust gas through the inlet port 17 allows an exhaust gas exchange or an afterflow of the exhaust gas, whereby the vortex formation can be supported. It can also be provided that the inlet opening 17 tapers along the longitudinal extent of the heat exchanger. This may in particular be the case when the heat exchanger body is a conical body.
  • FIG. 4 shows a schematic arrangement of the inner first flow channel 30 and outer second flow channel 40 of a heat exchanger 1.
  • An inner circle represents an exhaust pipe 80, which is inserted into the heat exchanger body 20 and forms an inner wall 81 for the arranged around the exhaust pipe sub-channels 31 of the first flow channel 30. In each case, two sub-channels 31 of the flow channel 30 emit heat to a second sub-channel 41 of the second flow channel 40.
  • the outer circle represents a housing 70.
  • FIGS. 5a to 5c show a side view of a heat exchanger 1, comprising a closure cover 50 shown in FIG. 5a, a heat exchanger body 20 shown in FIG. 5b, and a bottom part 10 shown in FIG. 5c. It is the History of the second flow channel 40 exposed.
  • the bottom part 10, the heat exchanger body 20 and the end cover 50 are essentially rotational bodies which have a common central axis 2.
  • the deflection bodies 10, 50 and heat exchanger body portions 20 'shown in FIGS. 5 a to 5 c are an example of a modular system for producing a heat exchanger 1. It is also possible for only one heat exchanger body section 20 'to be designed as a heat exchanger body 20.
  • Each of the heat exchanger body sections 20 'shown in FIG. 5b is an extruded profile, the cross sections of the heat exchanger bodies 20' being identical. The same die is used in the manufacture of the heat exchanger body sections 20 '.
  • the deflecting body designed as end cap 50 shown in FIG. 5a has two deflecting regions 52 ', which diverts a fluid to be heated, which flows from a flow channel section of the second flow channel 40 of the heat exchanger body 20 into the deflecting region 52'.
  • the fluid to be heated is deflected by 180 °.
  • the deflection regions 52 ' are elbows and can be designed as elbows, segment elbows or elbows.
  • an outlet pipe 60 is arranged, from which flows in heated by the heat exchanger 1 fluid.
  • the end cover 50 has an exhaust pipe receiving opening 55 for receiving an exhaust pipe.
  • FIG. 5b shows a heat exchanger body 20 in an assembled state.
  • the heat exchanger body 20 is subdivided into three heat exchanger body sections 20 ', wherein the individual heat exchanger body sections 20' are shown spaced apart for the sake of clarity.
  • the heat exchanger body sections 20 ' are mutually rotated by an angle.
  • the sections of the first flow channel and the second flow channel 40 are also arranged offset from one another.
  • the projections projecting into the flow channels 40 influence the direction of the flow, so that the flow is conducted in a spiral around the heat exchanger body 20.
  • the heat exchanger body sections 20 ' are joined together by joining.
  • the upper heat exchanger body sections about the central axis 2 are arranged to each other by a respective angle of rotation to each of their lower neighbors.
  • the twist angle is 10 °.
  • the heat exchanger body 20 has an inner wall 25 for abutment of the exhaust pipe to be pushed into the heat exchanger body 1.
  • Figure 5c designed as a bottom part 10 deflecting body is shown.
  • the bottom part 10 just like the end cover, has deflection regions 12 'of the second flow channel 40.
  • Dashed lines show a bottom contour 121 of the inner deflection region 12 of the bottom part 10.
  • the deflection region 12 has a thickening about the central axis, which ensures the uniform deflection of the exhaust gas flow from the exhaust pipe.
  • the thickening initially has an annular region tangential to the exhaust gas flow, so that the exhaust gas flow can follow the contour of the deflection region 12 in the first flow channel without turning into turbulence.
  • the bottom contour initially sloping from the central axis 2, then to rise again and thus to form an arc which has a curvature of 180 ° in total.
  • An inlet tube 61 is arranged laterally on the bottom part 10, from which fluid flows through the heat exchanger 1 into the second flow channel 40.
  • outlet pipe 60 and the inlet pipe 61 are both arranged in a deflecting body.
  • the outlet tube 60 and the inlet tube 61 may both be formed in or on the bottom part 10 or the end cover 50.
  • an arrangement of the tubes on a housing or on or in one of the heat exchanger body sections 20 '.
  • FIG. 5 d shows a further exemplary embodiment of the bottom part 10 in a sectional view, wherein an annular body 90 is arranged in the middle of the deflection region 12.
  • the ring body can serve on the one hand the support of an exhaust pipe and on the other hand have passage openings 91 for the exhaust gas.
  • the ring body 90 is supported on a bottom surface with a bottom contour 121.
  • FIG. 6 shows a perspective exterior view of a heat exchanger 1 with an exhaust pipe receiving opening 55, wherein a meandering flow path 5 of the fluid to be heated in the second flow channel is indicated on the outside of the housing 80.
  • the fluid to be heated flows after flowing through an attached to the bottom part 10 inlet pipe 61 initially in DC with the exhaust gas. After the first deflection 6 in the end cap 50, the fluid to be heated flows countercurrently to the exhaust gas. After the second deflection, the fluid to be heated flows again in direct current. This flow is continued accordingly.
  • the aforementioned components 10, 20, 20 ', 50 of the heat exchanger 1 are suitable for a modular system for producing a heat exchanger, wherein the heat exchanger 1 preferably has a flow channel 30 in which a vortex 4 is formed, wherein in the flow channel 30th a vortex generating means is provided.
  • the components comprise in particular the bottom part 10, the heat exchanger body 20 or the heat exchanger body sections 20 'and the end cover 50.

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Abstract

The invention relates to a heat exchanger comprising a flow channel which is adapted to produce turbulence. The invention also relates to a heat exchanger comprising a deflection body which comprises a deflection area, the contour thereof promoting the production of turbulence in a subsequent channel section of a flow channel. The invention also relates to a heat exchanger comprising a heat exchanger body which is divided into sections which are arranged such that they can rotate with respect to each other about an axis. The invention further relates to a modular system for producing a heat exchanger.

Description

Wärmeübertrager und Baukastensystem zur Herstellung eines Wärmeübertragers  Heat exchanger and modular system for the production of a heat exchanger
Die Erfindung betrifft Wärmeübertrager zur Abgaswärmenutzung und ein Baukastensys- tem zur Herstellung eines Wärmeübertragers. The invention relates to heat exchangers for exhaust gas heat recovery and a modular system for producing a heat exchanger.
Wärmeübertrager zur Nutzung von Abgaswärme weisen in der Regel einen Strömungskanal auf, durch den das Abgas geleitet wird. Der Wärmeübertrager umfasst dabei einen Wärmeübertragerkörper. Die primäre Funktion des Wärmeübertragerkörpers ist die effizi- ente Wärmeübertragung der Wärme des Abgases an das auf der dem Abgas abgewandten Seite des Wärmeübertragerkörpers strömende Fluid. Es kann vorgesehen sein, dass ein Umlenkkörper zumindest an einem Ende des Wärmeübertragerkörpers angeschlossen ist, um ein Abgas oder ein zu erwärmendes Fluid umzulenken, insbesondere um es nach seinem Austritt aus einem Abgasrohr in den Strömungskanal zu lenken. Heat exchangers for the use of exhaust heat usually have a flow channel through which the exhaust gas is passed. The heat exchanger comprises a heat exchanger body. The primary function of the heat exchanger body is the efficient heat transfer of the heat of the exhaust gas to the fluid flowing on the side of the heat exchanger body facing away from the exhaust gas. It can be provided that a deflecting body is connected at least at one end of the heat exchanger body in order to deflect an exhaust gas or a fluid to be heated, in particular in order to direct it after its exit from an exhaust pipe into the flow channel.
In der vorliegenden Beschreibung wird begrifflich zwischen einer Turbulenz einer Strömung beziehungsweise einer turbulenten Strömung und einem Wirbel einer Strömung beziehungsweise einer Wirbelströmung unterschieden. Eine Turbulenz oder eine turbulente Strömung sind Strömungen, die Undefinierte Querströmungen zu der allgemeinen Strömungsrichtung aufweisen, während ein Wirbel oder eine Wirbelströmung eine definierte Kreisströmung ist. Dabei ist der Begriff Kreisströmung nicht als eine kreisrunde Strömung mit konstantem Radius zu verstehen, sondern vielmehr als eine im Wesentlichen rundlaufende Strömung. Ein Wirbel kann verschiedene Formen annehmen, beispielsweise eine Konusform, eine Zylinderform oder beliebige Zwischenform zwischen diesen beiden Extremen. Ferner können Wirbel auftreten, deren Durchmesser zunächst vom Entstehungspunkt beziehungsweise der Entstehungsfläche ausgehend zunimmt und später abnimmt, oder deren Durchmesser zunächst abnimmt und später zunimmt. Solche Wirbel können die Form ei- nes Hyperboloids oder eines Paraboloids aufweisen. Unter den Begriff Kreisströmung fallen auch Wirbel, deren Querschnittsfläche eher elliptisch oder eine andersförmige stetig gekrümmte Umfangslinie aufweisen. Weisen Strömungen Mischformen aus Wirbeln und turbulenten Strömungen auf, das heißt die Strömungen weisen einen definierbaren Wirbelanteil auf, so fallen diese Strömungen unter die Begriffe Wirbel beziehungsweise Wirbelströmung. Die vorstehend genannten Wirbelformen sind Beispiele für Einzelwirbel. In the present description, a distinction is made between a turbulence of a flow or a turbulent flow and a vortex of a flow or a turbulent flow. Turbulence or turbulent flow are flows that have undefined cross flows to the general flow direction while a vortex or vortex flow is a defined circular flow. The term circular flow is not to be understood as a circular flow with a constant radius, but rather as a substantially continuous flow. A vortex may take various forms, such as a cone shape, a cylinder shape, or any intermediate shape between these two extremes. In addition, vortices can occur whose diameter initially increases starting from the point of origin or the surface of origin and later decreases, or whose diameter initially decreases and later increases. Such vertebrae may be in the form of a hyperboloid or a paraboloid. The term circular flow also includes vortices whose cross-sectional area is elliptical or otherwise continuous have curved circumferential line. If flows have mixed forms of vortexes and turbulent flows, ie the flows have a definable vortex component, then these flows fall under the terms vortex or vortex flow. The vortex forms mentioned above are examples of single vertebrae.
Weist der Wirbel eine Form auf, der eine Mittelachse inhärent ist, beispielsweise ein Kreisoder Ellipsenform, so kann die Mittelachse parallel, senkrecht oder angewinkelt zu der allgemeinen Strömungsrichtung in dem Strömungskanal verlaufen. Weist der Wirbel eine Form auf, der keine Mittelachse inhärent ist, so wird als Mittelachse die Verbindungslinie der Flächenschwerpunkte der Querschnitte des Wirbels in Strömungsrichtung, das heißt eine tangential zu der allgemeinen Stromlinie verlaufende Linie, definiert. Es kann vorkommen, dass sich zwei oder mehr Wirbel überschneiden. Im Folgenden umfasst der Begriff Wirbel daher Strömungen mit einem oder mehreren Einzelwirbeln. Es ist eine Aufgabe der Erfindung einen Wärmeübertrager und ein Baukastensystem für einen Wärmeübertrager anzugeben, der eine erhöhte Wärmeübertragung gewährleistet. If the vortex has a shape that is inherent to a central axis, for example a circular or elliptical shape, then the center axis can run parallel, perpendicular or angled to the general flow direction in the flow channel. If the vortex has a shape that does not have a central axis, then the center line is the connecting line of the centroids of the cross sections of the vortex in the direction of flow, that is, a line tangent to the general streamline. It can happen that two or more vertebrae overlap. In the following, the term vortex therefore includes flows with one or more individual vertebrae. It is an object of the invention to provide a heat exchanger and a modular system for a heat exchanger, which ensures increased heat transfer.
Diese Aufgabe wird von einem Wärmeübertrager beziehungsweise einem Baukastensystem gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. This object is achieved by a heat exchanger or a modular system according to the independent claims. Advantageous embodiments are given in the dependent claims.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager zur Abgaswärmenutzung, umfassend einen Wärmeübertragerkörper, einen Umlenkkörper zur Umlenkung eines Abgases in einem gemeinsamen Strömungskanal des Wärmeübertragerkörpers und des Umlenkkörpers, wobei der Strömungskanal in dem Umlenkkörper eine Kontur aufweist, die zur Wirbelbildung in einem nachfolgenden Kanalabschnitt ausgebildet ist. Die Kontur zur Wirbelbildung kann beispielsweise durch eine entsprechend ausgebildete Seiten- oder Bodenwand realisiert werden, die der Strömung einen Drall verleiht. Es können aber auch Kanalkonturen vorgesehen sein, die durch in dem Strömungskanal angeordnete und hin- einragende Bleche, Vorsprünge, Stifte, Nägel oder andere Wirbelkörper definiert sind. Vorzugsweise weist die Kontur eine Tangente oder Tangentialebene auf, die durch einen Mittelbereich eines Strömungskanalabschnitts in dem Wärmeübertragerkörper weist, insbesondere eine Tangente oder eine Tangentialebene, die senkrecht zu einer Längsachse des Strömungskanalabschnitts in dem Wärmeübertragerkörper verläuft. Insbesondere kann die Kontur eine Tangentialebene aufweisen, die parallel zu einer Längsachse, insbe- sondere einer Mittelachse, des Strömungskanalabschnitts in dem Wärmeübertragerkörper verläuft. Der Strömungskanal kann in dem Umlenkkörper in eine Mehrzahl Teilkanäle aufgeteilt sein, so dass das Abgas über Teilströme von dem Abgasrohr wegströmt. Ferner können Umlenkbereiche an der Außenseite des Umlenkkörpers angeordnet sein, die zwei oder mehr Teilkanäle aus der Mehrzahl der Teilkanäle verbinden, so dass sich das zu erwärmende Fluid in einem Teilkanal in einem Gleichstrom zu der Strömungsrichtung des Abgases befindet und in einem weiteren Teilkanal in einem Gegenstrom zu der Strömungsrichtung des Abgases befindet. Insbesondere können die Umlenkbereiche in Rippen ausgebildet sein, die in dem Umlenkkörper gebildet sind. Zweckmäßig können die Rippen ein Querschnittsprofil an einer Verbindungsfläche zu dem Wärmeübertragungskörper aufweisen, das dem Querschnittsprofil des Wärmeübertragers entspricht. Ferner können solche Merkmale mitumfasst sein, die zu dem dritten Aspekt der Erfindung beschrieben sind. Der hier beschriebene Umlenkkörper kann auch mit dem weiter unten beschriebenen Wärmeübertragerkörper kombiniert werden. Das heißt, es kann beispielswei- se ein Wärmeübertrager gebildet werden, der einen Strömungskanal aufweist, der in dem Wärmeübertragerkörper und dem Umlenkkörper verläuft, wobei der Strömungskanal ein Querschnittsprofil aufweist, das an eine Umfangsform des zu bildenden Wirbels angepasst ist und wobei der Strömungskanal in dem Umlenkkörper eine Kontur aufweist, die zur Wirbelbildung in einem nachfolgenden Kanalabschnitt ausgebildet ist. Die Kontur kann auch Bleche, Vorsprünge, Stifte, Nadeln, Rippen oder Rippenflossen umfassen, die in den Kanal hineinragen. Ferner kann die Kontur einen Klopperboden beziehungsweise einen gewölbten Boden aufweisen, wobei dieser um eine Wölbung um eine Längsachse und/oder Querachse des Strömungskanals in dem Umlenkkörper aufweisen kann, so dass der Strömung ein Drall aufgezwungen wird. Der Umlenkkörper kann wie der Strömungskanal gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung ebenfalls ein Querschnittsprofil aufweisen, das eine Wirbelbildung begünstigt oder ermöglicht. Insbesondere kann das Querschnittsprofil im Bereich einer Rippe angeordnet sein. A first aspect of the invention relates to a heat exchanger for exhaust heat utilization, comprising a heat exchanger body, a deflecting body for deflecting an exhaust gas in a common flow channel of the heat exchanger body and the deflecting, wherein the flow channel in the deflecting body has a contour which is formed for vortex formation in a subsequent channel section , The contour for vortex formation can be realized for example by a correspondingly formed side or bottom wall, which gives the flow a twist. However, channel contours may also be provided which are defined by metal plates, protrusions, pins, nails or other vertebral bodies arranged and projecting in the flow channel. Preferably, the contour has a tangent or tangential plane that points through a central region of a flow channel section in the heat exchanger body, in particular a tangent or a tangential plane that runs perpendicular to a longitudinal axis of the flow channel section in the heat exchanger body. In particular, the contour may have a tangential plane parallel to a longitudinal axis, in particular special center axis, the flow channel section extends in the heat exchanger body. The flow channel may be divided in the diverting body into a plurality of subchannels, so that the exhaust gas flows away via partial streams from the exhaust pipe. Furthermore, deflecting regions may be arranged on the outside of the deflecting body, which connect two or more subchannels of the plurality of subchannels, so that the fluid to be heated is located in a sub-channel in a direct current to the flow direction of the exhaust gas and in a further sub-channel in a counter-current is located to the flow direction of the exhaust gas. In particular, the deflection regions can be formed in ribs which are formed in the deflecting body. Suitably, the ribs may have a cross-sectional profile at a connecting surface to the heat transfer body, which corresponds to the cross-sectional profile of the heat exchanger. Furthermore, such features may be included as are described for the third aspect of the invention. The deflection body described here can also be combined with the heat exchanger body described below. That is, for example, a heat exchanger can be formed, which has a flow channel extending in the heat exchanger body and the deflecting body, wherein the flow channel has a cross-sectional profile which is adapted to a peripheral shape of the vortex to be formed and wherein the flow channel in the Deflection body has a contour which is formed for vortex formation in a subsequent channel section. The contour may also include sheets, protrusions, pins, needles, ribs or fin fins that protrude into the channel. Furthermore, the contour may have a knocking bottom or a curved bottom, wherein this may have a curvature about a longitudinal axis and / or transverse axis of the flow channel in the deflection body, so that a twist is imposed on the flow. Like the flow channel according to the third aspect of the invention, the deflecting body can likewise have a cross-sectional profile which promotes or facilitates vortex formation. In particular, the cross-sectional profile can be arranged in the region of a rib.
In einer zweckmäßigen Weiterbildung des Wärmeübertragers ist vorgesehen, dass die Kontur als eine Wellenkontur ausgebildet ist, wobei die Kontur insbesondere eine Mäanderform oder eine Pendelstrecke aufweist. Auf diese Weise können mehr als ein Wirbel überlagert werden, wobei die Wirbel auch unterschiedliche Bereiche des weiteren Strömungskanals durchströmen können. Der Strömungskanal ist im Falle von mehreren Wirbeln an die Umrisse aller Wirbel angepasst. Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager zur Abgaswärmenutzung, umfassend einen Wärmeübertragerkörper, wobei der Wärmeübertragerkörper in eine Mehrzahl Wärmeübertragerkörperabschnitte unterteilt ist, die bei entsprechender relativer Lage in einem Referenzzustand einen Strömungskanal bilden können, wobei die Wärme- Übertragerkörperabschnitte in einem Arbeitszustand gegenüber dem Referenzzustand um eine gemeinsame Achse zueinander verdreht angeordnet sind, so dass sich eine von dem Referenzzustand abweichende Konfiguration des Wärmeübertragerkörpers ergibt. Beispielsweise können Innenwände der Wärmeübertragerkörperabschnitte in dem Referenzzustand teilweise zueinander fluchtend angeordnet sein, um in dem Arbeitszustand zuei- nander versetzte Innenwände aufzuweisen, wobei die Stirnseiten eines Wärmeübertragerkörperabschnitts in den Strömungskanalabschnitt eines anderen Wärmeübertragerkörperabschnitts hineinragen können. Es kann sich insbesondere um Stirnseiten zueinander versetzter Rippen der Wärmeübertragerkörper handeln. Der Winkel, um den zwei benachbarte Wärmeübertragerkörperabschnitte zueinander verdreht sind, ist als ihr Verdrehwin- kel definiert. Der Wärmeübertragerkörper ist vorzugsweise als Strangpressprofil ausgebildet, welches nach der Herstellung in die Wärmeübertragerkörperabschnitte unterteilt ist. Die Wärmeübertragerkörperabschnitte können in einem Nachbearbeitungsschritt zur Herstellung einer gewünschten Strömungskanalausbildung nachbearbeitet werden. Beispielsweise können die Kanten der Stirnseiten abgerundet oder abgefast werden. Für Strangpressen eignen sich besonders Stahl und Aluminium oder Legierungen dieser Metalle. Die Wärmeübertragerkörperabschnitte können aber auch aus einem anderen Metall hergestellt sein. Die Wärmeübertragerkörperabschnitte können, ausgehend von einem an einem Ende des Wärmeübertragerkörpers angeordneten Wärmeübertragerkörperabschnitt, jeweils um den gleichen Verdrehwinkel zueinander verdreht angeordnet sein. Die Wärmeübertragerkörperabschnitte weisen insbesondere ein zueinander identisches Querschnittsprofil auf. Ein Querschnittsprofil eines Wärmeübertragerkörperabschnitts kann ein wie zu dem dritten Aspekt der Erfindung beschriebenes Querschnittsprofil sein. Bei dem Querschnittsprofil kann es sich um eine 8-ter-Form, eine Schleifenform, eine Konusform oder dergleichen handeln. Es kann sich auch um eine aus Geraden und/oder Ellipsen- und/oder Kreisbögen bestehende Form handeln, beispielsweise eine Eiform. Zwei benachbarte Wärmeübertragerkörperabschnitte können auch unterschiedliche Querschnittsprofile aufweisen. Die Wärmeübertragerkörperabschnitte können auch so zueinander verdreht angeordnet sein, dass sich der Strömungskanal verzweigt. Ein Wärmeübertragerkörperabschnitt kann an einem Übergang zu einem benachbarten Wärmeüber- tragerkörperabschnitt oder an einem Übergang zu einem Umlenkkörper in dem Strö- mungskanal Rundungen, Krümmungen oder Fasen aufweisen, die eine Turbulenzbildung verhindern, aber eine Wirbelerzeugung oder eine gerichtete Querströmung in dem Strömungskanal begünstigen oder erlauben. Die Achse ist dabei vorzugsweise eine jeweilige Längsachse der Wärmeübertragerkörperabschnitte, insbesondere wenn es sich bei den Wärmeübertragerkörperabschnitten um Strangpressprofile handelt oder wenn die Wärmeübertragerkörperabschnitt ein Körper ist, der eine Längsachse aufweist. Beispielsweise kann dies ein als Extrusionskörper ausgebildeter zylinderähnlicher oder konusähnlicher Körper sein. Bei der Achse kann es sich insbesondere um eine gemeinsame Mittelachse handeln. In an expedient development of the heat exchanger, it is provided that the contour is designed as a wave contour, the contour in particular having a meander shape or a pendulum length. In this way more than one vortex can be superimposed, whereby the vortexes can also flow through different regions of the further flow channel. The flow channel is adapted in the case of multiple vortices to the outlines of all vertebrae. A second aspect of the invention relates to a heat exchanger for exhaust heat utilization, comprising a heat exchanger body, wherein the heat exchanger body is divided into a plurality of heat exchanger body sections, which can form a flow channel in a corresponding relative position in a reference state, wherein the heat transformer body sections in a working state relative to the reference state a common axis are arranged rotated to each other, so that there is a deviating from the reference state configuration of the heat exchanger body. For example, inner walls of the heat exchanger body sections in the reference state may be partially aligned with one another to have inner walls offset from one another in the working state, wherein the end faces of one heat exchanger body section may protrude into the flow channel section of another heat exchanger body section. In particular, these may be end faces of staggered ribs of the heat exchanger bodies. The angle through which two adjacent heat exchanger body sections are rotated relative to one another is defined as their torsional angle. The heat exchanger body is preferably formed as an extruded profile, which is subdivided into the heat exchanger body sections after production. The heat exchanger body sections can be reworked in a post-processing step to produce a desired flow channel formation. For example, the edges of the end faces can be rounded or chamfered. For extrusions are particularly suitable steel and aluminum or alloys of these metals. The heat exchanger body sections can also be made of a different metal. Starting from a heat exchanger body section arranged at one end of the heat exchanger body, the heat exchanger body sections can each be rotated relative to one another by the same angle of rotation. The heat exchanger body sections in particular have an identical cross-sectional profile. A cross-sectional profile of a heat exchanger body portion may be a cross-sectional profile as described in the third aspect of the invention. The cross-sectional profile may be an 8-ter shape, a loop shape, a cone shape, or the like. It can also be a form consisting of straight lines and / or elliptical and / or circular arches, for example an egg shape. Two adjacent heat exchanger body sections can also have different cross-sectional profiles. The heat exchanger body sections can also be arranged rotated relative to one another so that the flow channel branches. A heat exchanger body section may be provided at a transition to an adjacent heat exchanger body section or at a transition to a diverter body in the flow chamber. mungskanal have curves, curvatures or chamfers, which prevent turbulence, but favor or allow vortex generation or a directed cross-flow in the flow channel. The axis is preferably a respective longitudinal axis of the heat exchanger body sections, in particular if the heat exchanger body sections are extruded sections or if the heat exchanger body section is a body having a longitudinal axis. For example, this may be a cylinder-like or cone-like body formed as an extrusion body. In particular, the axis may be a common center axis.
Eine vorteilhafte Weiterbildung ist derart ausgestaltet, dass durch die Verdrehung der Mehrzahl der Wärmeübertragerkörperabschnitte Strömungshindernisse in dem Strömungskanal ausgebildet sind. Insbesondere können die Strömungshindernisse in dem Strömungskanal Rundungen, Krümmungen oder Fasen sein, die eine Turbulenzbildung verhindern, aber eine Wirbelerzeugung oder eine gerichtete Querströmung in dem Strömungskanal begünstigen oder erlauben. An advantageous development is configured such that due to the rotation of the plurality of heat exchanger body sections, flow obstacles are formed in the flow channel. In particular, the flow obstacles in the flow channel may be curves, bends or bevels that prevent turbulence but promote or permit vortex generation or directed cross flow in the flow channel.
Es kann insbesondere vorgesehen sein, dass die Strömungshindernisse als Wirbelerzeugungsmittel ausgebildet sind. Dadurch können auf einfache Weise einer oder mehrere definierte Wirbel in dem Strömungskanal des Wärmeübertragerkörpers erzeugt werden, ohne dass zusätzliche Wirbelkörper oder besondere Konturen der Kanalwände vorgesehen sein müssen. It can be provided in particular that the flow obstacles are formed as a vortex generating means. As a result, one or more defined vortices can be generated in the flow channel of the heat exchanger body in a simple manner, without having to provide additional vertebral bodies or special contours of the channel walls.
Der Wärmeübertrager kann so weitergebildet sein, dass der Strömungskanal durch die Verdrehung in einer Spiralform ausgebildet ist. Dadurch kann auf einfache Weise eine Durchströmung der mittleren Schichten der Strömung in dem Strömungskanal erzielt werden. Insbesondere bei der Durchströmung eines Umlenkbereichs in einem Umlenkkörper kann ein zusätzlicher Drall erzeugt werden, der einen Druckverlust verringert, selbst wenn der Umlenkkörper keine wirbelbegünstigende Ausgestaltung aufweist. The heat exchanger can be developed so that the flow channel is formed by the rotation in a spiral shape. As a result, a flow through the middle layers of the flow in the flow channel can be achieved in a simple manner. In particular, in the flow through a deflection in a deflecting an additional swirl can be generated, which reduces a pressure drop, even if the deflecting has no vortex-promoting design.
Der Wärmeübertrager kann ferner einen Umlenkkörper zur Umlenkung des Abgases und/oder des Fluides in einen oder aus einem Teilkanal des Strömungskanals aus einem oder in einen weiteren Teilkanal des Strömungskanals umfassen. Dieser Umlenkkörper kann der oben beschriebene Umlenkkörper sein. Bei dem Umlenkkörper kann es sich ins- besondere um einen Abschlussdeckel oder ein Bodenteil handeln. Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager zur Abgaswärmenutzung, umfassend einen Wärmeübertragerkörper, einen in dem Wärmeübertragerkörper ausgebildeten Strömungskanal zur Führung eines Abgases sowie zur Wärmerückgewinnung aus dem Abgas und ein Wirbelerzeugungsmittel zur Bildung eines Wirbels des Abgases in dem Strömungskanal, wobei der Strömungskanal ein Querschnittsprofil aufweist, das zumindest teilweise an eine Umfangsform des zu bildenden Wirbels angepasst ist. Das Querschnittsprofil kann besonders bevorzugt an die gesamte Umfangsform angepasst sein. Ist das Querschnittsprofil an die gesamte Umfangsform angepasst, so kann ein Wir- bei gebildet werden, der die gesamte Querschnittsfläche des Strömungskanals einnimmt. So kann erreicht werden, dass eine Querströmung in einem Innenbereich des Strömungskanals auftritt, wodurch warme Strömungsschichten an eine wärmeübertragende Wand gelangen, so dass eine größere Wärmemenge an ein zu erwärmendes Fluid übertragen werden kann. Vorzugsweise strömt das zu erwärmende Fluid in einem weiteren Strö- mungskanal, der auf einer dem Strömungskanal abgewandten Seite des Wärmeübertragerkörpers angeordnet ist. Ferner werden vorteilhaft Toträume ohne Querströmungen vermieden. Durch die Querströmung wird der Temperaturgradient zwischen dem Strömungskanal und dem weiteren Strömungskanal erhöht. Der Wärmeübertrager weist zweckmäßig eine im Wesentlichen zylindrische Grundform auf, er kann aber auch eine konische Grundform aufweisen. Der Wärmeübertragerkörper kann auch eine prismatische Grundform aufweisen. Zylindrischen, konischen und prismatischen Formen ist gemeinsam, dass sie sich vorteilhaft durch Strangpressen herstellen lassen, so dass durch Extru- sion Strangpressprofile gebildet sind. Solche Strangpressprofile werden auch als Extrusi- onskörper bezeichnet. Jedes dieser Strangpressprofile weist zumindest eine äußere und innere Mantelfläche auf, die parallel zu einer Mittelachse verlaufen und die von zwei Grundflächen begrenzt werden. Die Grundflächen entsprechen vorzugsweise dem Querschnittsprofil. Ist der Wärmeübertragerkörper als ein Strangpressprofil hergestellt, kann zusätzlich vorgesehen sein, dass das Strangpressprofil ein tordierter Extrusionskörper ist. Das heißt, in Längsrichtung ist der Extrusionskörper um die Längsachse des Wärmeüber- tragerkörpers tordiert. Dadurch wird ein sich spiralförmig um die Längsachse windender Strömungskanal geschaffen, wodurch vorteilhaft ein zusätzlicher Drall in der Strömung des Abgases erzeugt wird und die Wärmeübertragung und damit der Wirkungsgrad des Wärmeübertragers weiter verbessert wird. Es kann auch vorgesehen sein, dass der Wärmeübertragerkörper entlang seiner Längserstreckung unterschiedliche Querschnittsprofile aufweist, wobei die Grundflächen vorzugsweise einem oberen Querschnittsprofil und ei- nem unteren Querschnittsprofil entsprechen. Die äußere und innere Mantelfläche werden im Folgenden als Innenseite und Außenseite bezeichnet, wobei der Strömungskanal vorzugsweise an der Innenseite ausgebildet ist. Zusätzlich kann das Querschnittsprofil Querwände umfassen, insbesondere wenn der Wärmeübertragerkörper die Funktion eines Ge- häuses mitumfasst und/oder eine Mehrzahl äußerer und innerer Mantelflächen aufweist. Es kann vorgesehen sein, dass der Wärmeübertragerkörper eine Aufnahmeöffnung für ein Abgasrohr aufweist, wobei eine innerste Mantelfläche einen Querschnitt aufweist, der an das Abgasrohr angepasst ist, so dass das Abgasrohr in den Wärmeübertragerkörper eingeschoben werden kann. Der Wärmeübertrager kann weitergebildet sein, indem das Querschnittsprofil nur teilweise an die Umfangsform des Wirbels angepasst ist. Das heißt, dass das Querschnittsprofil des ersten Strömungskanals auch Öffnungen aufweisen kann, durch die eine Strömung des Abgases erfolgen kann. Es kann auch vorgesehen sein, dass eine Öffnung zwischen zwei benachbarten Teilkanälen des ersten Strömungskanals vorgesehen ist, so dass das Abgas aus dem einen Teilkanal in den benachbarten zweiten Teilkanal strömen kann und umgekehrt. Verzweigt sich ein Strömungskanal, so werden die einzelnen Teile im Folgenden als Teilkanäle bezeichnet. Die Anpassung des Querschnittsprofils an den Wirbel kann auch als Wirbelform des Querschnittsprofils beschrieben werden. Eine sinnvolle Weiterbildung des Wärmeübertragers kann sein, dass der Wärmeübertrager einen Umlenkkörper umfasst, wobei der Wärmeübertragerkörper mit dem Umlenkkörper verbunden ist. Der Umlenkkörper kann ein Bodenteil zur Rückführung des Abgases aus dem Abgasrohr sein. Der Umlenkkörper kann auch ein Abschlussdeckel für den Wärmeübertragerkörper sein. Weist der Wärmeübertragerkörper eine im Wesentlichen zylindrische, konische oder prismatische Form auf, so können jeweils an den Enden Umlenkkörper an gegenüberliegenden Grundflächen des Wärmeübertragerkörpers ange- ordnet sein. Dabei kann sich der Strömungskanal auch auf den Umlenkkörper oder die Umlenkkörper erstrecken. Der Umlenkkörper kann ebenfalls eine Innenseite und eine Außenseite aufweisen, wobei der Strömungskanal vorzugsweise auf der Innenseite des Umlenkkörpers ausgebildet ist. An seiner Innenseite kann der Umlenkkörper einen Umlenkbereich aufweisen, in dem ein Abgas, welches aus einem Abgasrohr strömt, um vorzugswei- se 180° umgelenkt wird, so dass es in den Strömungskanal in dem Wärmeübertragerkörper strömt. Der Wärmeübertragerkörper und der Umlenkkörper können durch Fügen miteinander verbunden sein. Dabei können der Umlenkkörper und der Wärmeübertragerkörper mittels Löten, Schweißen, Verkleben oder Pressen miteinander verbunden sein. Es kann vorgesehen sein, dass der Wärmeübertragerkörper und der Umlenkkörper einstückig ausgebildet sind, das heißt, dass der Wärmeübertragerkörper und der Umlenkkörper aus einem Werkstück ausgebildet sind oder bestehen. Der Wärmeübertragerkörper und der Umlenkkörper können aus Aluminium, einer Aluminiumlegierung, Eisen, einer Eisenlegierung, insbesondere Stahl hergestellt sein. Vorzugsweise sind der Wärmeübertragerkörper und der Umlenkkörper aus dem gleichen Material hergestellt. Der Umlenkkörper ist vor- zugsweise ein Gußteil oder ein Formpresskörper. Der Umlenkkörper kann insbesondere kein Strangpressprofil sein. Der Strömungskanal ist insbesondere in eine Vielzahl Teilkanäle unterteilt, wobei jeder Teilkanal in jeweils einer in dem Wärmeübertragerkörper ausgebildeten Rippe angeordnet sein kann. Der Wärmeübertragerkörper kann sternförmig ausgebildet sein, wobei die Rippen sinnvollerweise sternförmig von einer Mittelachse des Wärmeübertragerkörpers radial nach außen weisen. Die Rippen können Zwischenräume aufweisen, in denen ein weiterer Strömungskanal zur Führung eines zu erwärmenden Fluides ausgebildet ist. Der Strömungskanal und der weitere Strömungskanal werden im Folgenden auch als erster Strömungskanal und zweiter Strömungskanal bezeichnet. Der zweite Strömungskanal ist vorzugsweise in eine Vielzahl Strömungskanalabschnitte unter- teilt. Der zweite Strömungskanal ist an der entsprechend gegenüberliegenden Seite einer Wärmeübertragungswand des Wärmeübertragungskörpers ausgebildet. Ist der erste Strömungskanal auf der Innenseite des Wärmeübertragerkörpers angeordnet, so ist der zweite Strömungskanal auf der Außenseite angeordnet. Ist der Umlenkkörper ein Bodenteil, so kann der in dem Bodenteil angeordnete Teil des ersten Strömungskanals vorteil- haft eine Kontur aufweisen, in der eine Wellenkontur ausgeprägt ist, so dass die Strömung bereits vor Eintritt in den Strömungskanal in dem Wärmeübertragerkörper einen Drall erhält oder zumindest Querströmungen durch einen mittleren Strömungsbereich strömen, so dass die Wirbelbildung unterstützt wird und die Strömungsschichten besser vermischt werden. Vorzugsweise ist in dem zweiten Strömungskanal durch die Wellenkontur eine Mäanderform oder eine Pendelstrecke gebildet. Sind in zwei gegenüberliegenden Wänden der Kanalkontur des zweiten Strömungskanals zwei gegenläufige Wellenkonturen ausgebildet, so können vorteilhaft zwei ineinanderfließende Wirbel erzeugt werden. Dadurch wird die Wärmeübertragung aufgrund der vorteilhaft höheren erzielten Vermischung des Abgases verbessert. Ein den Umlenkkörper aus dem Abgasrohr anströmendes Abgas wird in einem Umlenkbereich des Umlenkkörpers in den Strömungskanal in dem Wärmeübertragerkörper geleitet beziehungsweise umgelenkt. Das Querschnittsprofil des Strömungskanals in dem Wärmeübertragerkörper kann dabei zu dem Querschnittsprofil in dem Umlenkkörper identisch ausgebildet sein. Insbesondere können die miteinander verbundenen Grundflächen des Wärmeübertragerkörpers und des Umlenkkörpers zueinan- der identisch sein oder gemeinsame Teilflächen aufweisen. Das Wirbelerzeugungsmittel kann dabei in einem Umlenkkörper angeordnet sein. Das Wirbelerzeugungsmittel kann eine vorstehende Kante, ein Stift oder ein Nagel sein oder durch die Wellenkontur des Strömungskanals in dem Umlenkkörper ausgebildet sein. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass das Wirbelerzeugungsmittel in dem Strömungskanal zusätzlich oder nachträg- lieh befestigt ist. Ist der Umlenkkörper ein Abschlussdeckel, so kann vorgesehen sein, dass der Abschlussdeckel eine Öffnung zur Aufnahme eines Abgasrohres aufweist. Ferner kann der Abschlussdeckel Umlenkbereiche, insbesondere an einer Außenseite, aufweisen, die eine Rückströmung des zu erwärmenden Fluides aus einem ersten Teilkanal in einen zweiten Teilkanal erlauben. Der Wärmeübertrager kann ein Gehäuse aufweisen, das den weiteren Strömungskanal an der Außenseite des Wärmeübertragerkörpers abdeckt. Zweckmäßig kann der Wärmeübertrager aber derart weitergebildet sein, dass das Gehäuse von dem Wärmeübertragerkörper gebildet ist. Dabei bildet eine Mantelschicht des Querschnittsprofils des Wärmeübertragerkörpers eine äußere Gehäusewand. Ferner kann das Gehäuse im Bereich eines Umlenkkörpers durch den Umlenkkörper selbst ge- bildet sein, wobei die äußere Gehäusewand durch eine Außenwand des Umlenkkörpers gebildet ist. The heat exchanger may further comprise a deflecting body for deflecting the exhaust gas and / or the fluid into or out of a sub-channel of the flow channel from or into a further sub-channel of the flow channel. This deflecting body may be the deflecting body described above. The deflecting body may be, in particular, a closing cover or a bottom part. A third aspect of the invention relates to a heat exchanger for exhaust heat utilization, comprising a heat exchanger body, a formed in the heat exchanger body flow channel for guiding an exhaust gas and for heat recovery from the exhaust gas and a vortex generating means for forming a vortex of the exhaust gas in the flow channel, wherein the flow channel has a cross-sectional profile which is at least partially adapted to a peripheral shape of the vortex to be formed. The cross-sectional profile can be particularly preferably adapted to the entire peripheral shape. If the cross-sectional profile is adapted to the entire peripheral shape, then a wire can be formed, which occupies the entire cross-sectional area of the flow channel. Thus, it can be achieved that a cross-flow occurs in an inner region of the flow channel, whereby hot flow layers reach a heat-transferring wall, so that a larger amount of heat can be transferred to a fluid to be heated. Preferably, the fluid to be heated flows in a further flow channel, which is arranged on a side of the heat exchanger body facing away from the flow channel. Furthermore, dead spaces without cross flows are advantageously avoided. The transverse flow increases the temperature gradient between the flow channel and the further flow channel. The heat exchanger expediently has a substantially cylindrical basic shape, but it may also have a conical basic shape. The heat exchanger body may also have a prismatic basic shape. Cylindrical, conical and prismatic shapes have in common that they can be advantageously produced by extrusion, so that extrusion extrusions are formed by extrusion. Such extruded profiles are also referred to as Extrusi- onskörper. Each of these extruded profiles has at least one outer and inner circumferential surface, which run parallel to a central axis and which are bounded by two base surfaces. The bases preferably correspond to the cross-sectional profile. If the heat exchanger body is produced as an extruded profile, it may additionally be provided that the extruded profile is a twisted extrusion body. That is, in the longitudinal direction of the extrusion body is twisted about the longitudinal axis of the heat transfer body. As a result, a spiraling spiral channel is created around the longitudinal axis, whereby advantageously an additional swirl in the flow of the exhaust gas is generated and the heat transfer and thus the efficiency of the heat exchanger is further improved. It can also be provided that the heat exchanger body has different cross-sectional profiles along its longitudinal extension, wherein the base surfaces preferably have an upper cross-sectional profile and an correspond to the lower cross-sectional profile. The outer and inner lateral surface are hereinafter referred to as inside and outside, wherein the flow channel is preferably formed on the inside. In addition, the cross-sectional profile can comprise transverse walls, in particular if the heat exchanger body encompasses the function of a housing and / or has a plurality of outer and inner lateral surfaces. It can be provided that the heat exchanger body has a receiving opening for an exhaust pipe, wherein an innermost lateral surface has a cross section which is adapted to the exhaust pipe, so that the exhaust pipe can be inserted into the heat exchanger body. The heat exchanger can be further developed by the cross-sectional profile is only partially adapted to the peripheral shape of the vortex. This means that the cross-sectional profile of the first flow channel can also have openings through which a flow of the exhaust gas can take place. It can also be provided that an opening is provided between two adjacent sub-channels of the first flow channel, so that the exhaust gas can flow from one sub-channel into the adjacent second sub-channel and vice versa. Branches a flow channel, the individual parts are referred to below as sub-channels. The adaptation of the cross-sectional profile to the vortex can also be described as a vortex form of the cross-sectional profile. A useful development of the heat exchanger may be that the heat exchanger comprises a deflecting body, wherein the heat exchanger body is connected to the deflecting body. The deflecting body may be a bottom part for returning the exhaust gas from the exhaust pipe. The deflecting body can also be a cover for the heat exchanger body. If the heat exchanger body has a substantially cylindrical, conical or prismatic shape, deflecting bodies can be arranged on opposite base surfaces of the heat exchanger body at the ends in each case. In this case, the flow channel can also extend to the deflecting body or the deflecting body. The deflection body may also have an inner side and an outer side, wherein the flow channel is preferably formed on the inside of the deflection body. On its inner side, the deflecting body can have a deflection region in which an exhaust gas which flows out of an exhaust gas pipe is preferably deflected by 180 °, so that it flows into the flow channel in the heat exchanger body. The heat exchanger body and the deflecting body can be joined together by joining. In this case, the deflecting body and the heat exchanger body can be connected to one another by means of soldering, welding, gluing or pressing. It can be provided that the heat exchanger body and the deflecting body are integrally formed, that is, that the heat exchanger body and the deflecting from a workpiece are formed or exist. The heat exchanger body and the deflecting body may be made of aluminum, an aluminum alloy, iron, an iron alloy, in particular steel. Preferably, the heat exchanger body and the deflecting body are made of the same material. The deflection body is preferably a casting or a compression molding. In particular, the deflecting body can not be an extruded profile. In particular, the flow channel is subdivided into a plurality of subchannels, wherein each subchannel can be arranged in each case in one rib formed in the heat exchanger body. The heat exchanger body may be formed star-shaped, wherein the ribs point wise wise radially from a central axis of the heat exchanger body have radially outward. The ribs may have gaps in which a further flow channel is designed to guide a fluid to be heated. The flow channel and the further flow channel are also referred to below as the first flow channel and the second flow channel. The second flow channel is preferably divided into a plurality of flow channel sections. The second flow channel is formed on the corresponding opposite side of a heat transfer wall of the heat transfer body. If the first flow channel is arranged on the inside of the heat exchanger body, then the second flow channel is arranged on the outside. If the diverting body is a bottom part, then the part of the first flow duct arranged in the bottom part can advantageously have a contour in which a wave contour is pronounced, so that the flow already acquires a swirl before entering the flow duct in the heat exchanger body or at least cross flows through a medium flow area, so that the vortex formation is supported and the flow layers are better mixed. Preferably, a meander shape or a pendulum length is formed in the second flow channel by the wave contour. If two opposing wave contours are formed in two opposite walls of the channel contour of the second flow channel, advantageously two intermeshing vortices can be produced. As a result, the heat transfer is improved due to the advantageous higher achieved mixing of the exhaust gas. An exhaust gas flowing in from the exhaust pipe to the deflection body is conducted or deflected in a deflection region of the deflection body into the flow channel in the heat exchanger body. The cross-sectional profile of the flow channel in the heat exchanger body can be made identical to the cross-sectional profile in the deflecting body. In particular, the interconnected base surfaces of the heat exchanger body and of the deflection body can be identical to one another or have common partial surfaces. The vortex generator can be arranged in a deflecting body. The vortex generating means may be a protruding edge, a pin or a nail or be formed by the wave contour of the flow channel in the deflecting body. However, it can also be provided that the vortex generating means is additionally or subsequently secured in the flow channel. If the deflecting body is a cover, it can be provided that the cover has an opening for receiving an exhaust pipe. Furthermore, the end cover deflection regions, in particular on an outer side, have, which allow a backflow of the fluid to be heated from a first sub-channel into a second sub-channel. The heat exchanger may have a housing which covers the further flow channel on the outside of the heat exchanger body. Suitably, however, the heat exchanger can be developed in such a way that the housing is formed by the heat exchanger body. In this case, a jacket layer of the cross-sectional profile of the heat exchanger body forms an outer housing wall. Furthermore, the housing may be formed in the region of a deflecting body by the deflecting body itself, wherein the outer housing wall is formed by an outer wall of the deflecting body.
Der Wärmeübertrager kann zweckmäßig so weitergebildet sein, dass die Umfangsform des Wirbels eine 8-ter-Form oder Schleifenform ist. Damit nimmt auch die Querschnitts- form des Strömungskanals eine 8-ter-Form beziehungsweise eine Schleifenform an. Hierdurch kann auf einfache Weise die Mitte des Strömungskanals mit einer Querströmung durchsetzt werden, so dass die mittleren Schichten auf direktem Wege an eine zu dem weiteren Strömungskanal weisende Kanalwand des Strömungskanals zur Wärmeübertragung gelangen. Die 8-ter-Form und die Schleifenform zeichnen sich durch zwei an gegen- überliegenden Stellen der Kanalwände des Strömungskanals hineinragende Vorsprünge aus, über die das Abgas strömt. Dabei kreuzen sich in einem Bereich hinter den Vorsprüngen zwei Teilströme, wodurch eine besonders gute Vermischung der Strömungsschichten, insbesondere der mittleren Strömungsschichten erzielt wird. Alternativ oder ergänzend kann der Wärmeübertrager derart weitergebildet sein, dass die Umfangsform des Wirbels eine Trapezform ist. Diese hat vorzugsweise abgerundete Ecken. Ein solches Querschnittsprofil ist besonders einfach herzustellen, wobei auch die Wandstärke des Wärmeübertragers vorteilhaft konstant ist, so dass sich eine verlustarme, homogene Wärmeübertragung entlang der Wärmeübertragerwand einstellen kann. Insbe- sondere treten so keine verdickten Stellen in der Kanalwand auf, die eine Wärmeübertra- gung negativ beeinflussen. Es kann vorgesehen sein, dass zwei gegenüberliegende Trapezformen die 8-ter-Form oder die Schleifenform bilden. The heat exchanger may be appropriately developed so that the peripheral shape of the vortex is an 8-ter shape or loop shape. Thus, the cross-sectional shape of the flow channel assumes an 8-th shape or a loop shape. As a result, the center of the flow channel can be traversed in a simple manner with a transverse flow, so that the middle layers reach a heat transfer directly to a channel wall of the flow channel facing the further flow channel. The 8-th shape and the loop shape are characterized by two protrusions projecting from opposite points of the channel walls of the flow channel, over which the exhaust gas flows. In this case, in a region behind the projections, two partial streams intersect, whereby a particularly good mixing of the flow layers, in particular the middle flow layers is achieved. Alternatively or additionally, the heat exchanger can be developed such that the peripheral shape of the vortex is a trapezoidal shape. This preferably has rounded corners. Such a cross-sectional profile is particularly easy to produce, with the wall thickness of the heat exchanger is advantageously constant, so that a low-loss, homogeneous heat transfer along the heat exchanger wall can be set. In particular, no thickened points occur in the channel wall which produce a heat transfer. influence negatively. It may be provided that two opposite trapezoidal shapes form the 8th shape or the loop shape.
Zweckmäßig kann der Wärmeübertrager so weitergebildet sein, dass die Umfangsform des Wirbels aus aneinandergereihten Kreis- oder Ellipsenbögen mit unterschiedlichen oder gleichen Radien gebildet ist. So entsteht beispielsweise eine Eiform. Dadurch lassen sich Wirbel erzeugen, die eine weitestgehend homogene Querströmungsform aufweisen, das heißt eine Umfangsform, die keine oder nur sehr geringe Krümmungsänderungen entlang der Umfangsform aufweist, wodurch eine gleichmäßige Wärmeübertragung erzielt werden kann. Es kann gewünscht sein, dass die Umfangsform des Wirbels aus einer Mischform besteht. Dabei kann beispielsweise an einer äußeren Innenwand des Strömungskanals ein nach außen gekrümmter Ellipsenbögen mit einem entsprechenden Radius ausgebildet sein, wobei die beiden eine Rippenform herstellenden Seitenwände krümmungslose Wände sind. Eine innere Innenwand kann wiederum eine nach außen geneigte Krümmung aufweisen, wobei die innere Innenwand auch durch ein Abgasrohr gebildet sein kann. Sind die Radien an den Krümmungsradius der Grundform des Wärmeübertragerkörpers angepasst, so sorgen aneinandergereihte Rippen für die im Wesentlichen zylindrische oder konische Grundform des Wärmeübertragerkörpers. Es kann auch nur die äußere Innenwand eine Krümmung aufweisen. In diesem Fall kann die innere In- nenwand gerade sein. Auf diese Weise lässt sich ein Wärmeübertragerkörper mit einer inneren prismatischen und einer äußeren zylindrischen Form realisieren. Suitably, the heat exchanger can be developed so that the peripheral shape of the vortex is formed of juxtaposed circular or elliptical arcs with different or equal radii. For example, this creates an egg shape. As a result, it is possible to generate vortices which have a largely homogeneous cross-flow shape, that is to say a peripheral shape which has no or only very small changes in curvature along the peripheral shape, as a result of which a uniform heat transfer can be achieved. It may be desired that the peripheral shape of the vortex consists of a mixed form. In this case, for example, an outwardly curved elliptical arc having a corresponding radius may be formed on an outer inner wall of the flow channel, wherein the two side walls producing a rib shape are curvilinear walls. An inner inner wall may in turn have an outwardly inclined curvature, wherein the inner inner wall may also be formed by an exhaust pipe. If the radii are adapted to the radius of curvature of the basic shape of the heat exchanger body, then aligned ribs provide for the substantially cylindrical or conical basic shape of the heat exchanger body. It may also have only the outer inner wall has a curvature. In this case, the inner wall can be straight. In this way, a heat exchanger body can be realized with an inner prismatic and an outer cylindrical shape.
In einer bevorzugten Weiterbildung des Wärmeübertragers ist beabsichtigt, dass das Querschnittsprofil des Strömungskanals zumindest in dem Wärmeübertragerkörper eine Einlassöffnung für das Abgas aufweist und an der Einlassöffnung eine Überströmkante zur Wirbelbildung oder zur Unterstützung der Wirbelbildung des einströmenden Abgases ausgebildet ist. Dadurch kann das Abgasrohr eine innere Innenwand des Strömungskanals bilden, so dass vorteilhaft Material gespart werden kann. Die Einlassöffnung erstreckt sich dabei vorzugsweise entlang einer Längserstreckung des Wärmeübertragerkörpers in ei- nem Längsabschnitt des Strömungskanals. Ferner kann das in dem Abgasrohr strömende Abgas bereits Wärme an das rückgeführte Abgas abgeben, so dass die Temperatur des zurückgeführten Abgases erhöht wird. Durch die gleichzeitige Wirbelbildung in dem Strömungskanal wird das so wiedererhitzte Abgas der äußeren Innenwand zugeführt, so dass die Wärmeübertragungsleistung insgesamt erhöht wird. Als Längsabschnitt ist ein Ab- schnitt des Strömungskanals gemeint, der ein Teilabschnitt der Längserstreckung des Strömungskanals ist. In a preferred embodiment of the heat exchanger is intended that the cross-sectional profile of the flow channel has at least in the heat exchanger body an inlet opening for the exhaust gas and at the inlet opening an overflow edge for vortex formation or to support the vortex formation of the incoming exhaust gas is formed. This allows the exhaust pipe to form an inner inner wall of the flow channel, so that advantageous material can be saved. The inlet opening preferably extends along a longitudinal extent of the heat exchanger body in a longitudinal section of the flow channel. Further, the exhaust gas flowing in the exhaust pipe may already give off heat to the recirculated exhaust gas, so that the temperature of the recirculated exhaust gas is increased. Due to the simultaneous vortex formation in the flow channel, the so reheated exhaust gas is supplied to the outer inner wall, so that the heat transfer performance is increased overall. As a longitudinal section is a in the section of the flow channel, which is a partial section of the longitudinal extension of the flow channel.
Die vorstehend genannten Aspekte der Erfindung eignen sich vorzugsweise für ein Bau- kastensystem zur Herstellung eines Wärmeübertragers aus einer Mehrzahl von Bauteilen, wobei die Bauteile einen gemeinsamen Strömungskanal zur Führung eines Abgases sowie zur Wärmerückgewinnung aus dem Abgas aufweisen, wobei in dem Strömungskanal zumindest ein Strömungshindernis angeordnet ist, so dass die Strömungsschichten in dem Strömungskanal vermischt werden, wobei die Bauteile ausgewählt sind aus der Gruppe Wärmeübertragerkörper oder eine Mehrzahl Wärmeübertragerkörperabschnitte, Bodenteil und Abschlussdeckel, wobei die ausgewählten Bauteile zumindest einen Wärmeübertragerkörper oder eine Mehrzahl Wärmeübertragerkörperabschnitte umfassen, wobei die Bauteile nach der Auswahl durch Fügen miteinander verbunden werden. Dadurch, dass die Bauteile einen gemeinsamen Strömungskanal mit Strömungshindernis- sen beziehungsweise zumindest einem Strömungshindernis aufweisen, kann durch Vorhalten der genannten Bauteile auf einfache Weise ein Wärmeübertrager zusammengesetzt und hergestellt werden, dessen Wärmeübertragung gegenüber einem herkömmlichen Wärmeübertrager erhöht ist und an den entsprechenden Einsatzzweck angepasst ist. Insbesondere wenn es sich bei den Bauteilen um Strangpressteile aus dem gleichen Material handelt, kann der Baukasten auf einfache Weise zusammengestellt sein. Das Fügen kann ein Pressen, Verkleben, Schweißen oder Löten sein. The aforementioned aspects of the invention are preferably suitable for a modular system for producing a heat exchanger from a plurality of components, wherein the components have a common flow channel for guiding an exhaust gas and for heat recovery from the exhaust gas, wherein arranged in the flow channel at least one flow obstacle is, so that the flow layers are mixed in the flow channel, wherein the components are selected from the group of heat exchanger body or a plurality of heat exchanger body sections, bottom part and end cover, wherein the selected components comprise at least one heat exchanger body or a plurality of heat exchanger body sections, the components after selection by Joining be joined together. Due to the fact that the components have a common flow channel with flow obstacles or at least one flow obstacle, a heat exchanger can be assembled and produced in a simple manner by providing said components whose heat transfer is increased compared to a conventional heat exchanger and adapted to the corresponding intended use. In particular, if the components are extruded parts of the same material, the modular system can be assembled in a simple manner. The joining can be a pressing, gluing, welding or soldering.
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist in dem Strömungskanal ein Wirbelerzeugungsmittel zur Wirbelbildung in dem Strömungskanal vorgesehen, wobei der Strömungskanal in dem Wärmeübertragerkörper ein Querschnittsprofil aufweist, das an eine Umfangsform des zu bildenden Wirbels angepasst ist. Bei dem Querschnittsprofil kann es sich um eine 8-ter- Form, eine Schleifenform, eine Konusform, oder dergleichen handeln. Es kann sich auch um eine aus Geraden und/oder Ellipsen- und/oder Kreisbögen bestehende Form handeln, beispielsweise eine Eiform. Insbesondere können Merkmale des dritten Aspekts der Erfin- dung bei entsprechenden Bauteilen in dem Baukastensystem vorgesehen oder ausgebildet sein. In an advantageous development, a vortex generating means for vortex formation in the flow channel is provided in the flow channel, wherein the flow channel in the heat exchanger body has a cross-sectional profile which is adapted to a peripheral shape of the vortex to be formed. The cross-sectional profile may be an 8-th shape, a loop shape, a cone shape, or the like. It can also be a form consisting of straight lines and / or elliptical and / or circular arches, for example an egg shape. In particular, features of the third aspect of the invention may be provided or formed with corresponding components in the modular system.
Es kann insbesondere vorgesehen sein, dass das Bodenteil und/oder der Abschlussdeckel jeweils als ein Umlenkkörper ausgebildet sind, wobei der Umlenkkörper zur Umlen- kung eines Abgases in einem gemeinsamen Strömungskanal des Wärmeübertragerkör- pers und des Umlenkkörpers vorgesehen ist, und wobei der Strömungskanal in dem Umlenkkörper eine Kontur aufweist, die zur Wirbelbildung in einem nachfolgenden Kanalabschnitt ausgebildet ist. Insbesondere können Merkmale des dritten Aspekts der Erfindung bei entsprechenden Bauteilen in dem Baukastensystem vorgesehen oder ausgebildet sein. It can be provided in particular that the bottom part and / or the end cover are each formed as a deflecting body, wherein the deflecting body for deflecting an exhaust gas in a common flow channel of the Wärmeübertragerkör- pers and the deflecting body is provided, and wherein the flow channel in the deflecting body has a contour which is formed for vortex formation in a subsequent channel section. In particular, features of the third aspect of the invention may be provided or formed in corresponding components in the modular system.
Das Baukastensystem ist zweckmäßig so weitergebildet, dass der Wärmeübertragerkörper in eine Mehrzahl Wärmeübertragerkörperabschnitte unterteilt ist, wobei die Wärmeübertragerkörperabschnitte in einem Arbeitszustand gegenüber einem Referenzzustand um eine gemeinsame Achse zueinander verdreht angeordnet sind, so dass sich eine von dem Referenzzustand abweichende Konfiguration des Wärmeübertragerkörpers ergibt. Insbesondere können Merkmale des zweiten Aspekts der Erfindung bei entsprechenden Bauteilen in dem Baukastensystem vorgesehen oder ausgebildet sein. Zweckmäßig ist das Baukastensystem so ausgebildet, dass ein erster Wärmeübertragerkörper und ein zweiter Wärmeübertragerkörperabschnitt aus der Mehrzahl der Wärmeübertragerkörperabschnitte Rippen aufweisen, wobei der Strömungskanal in dem ersten und dem zweiten Wärmeübertragerkörperabschnitt zwischen zwei Rippen angeordnet ist, und wobei das zumindest eine Strömungshindernis durch zumindest teilweise einen Abschnitt des Strömungskanals in dem ersten Wärmeübertragerkörperabschnitt überlappende Stirnseiten der Rippen des zweiten Wärmeübertragerkörperabschnitts gebildet ist. Auf diese Weise können die Strömungshindernisse auf einfache Weise gebildet werden, insbesondere, wenn es sich bei dem Wärmeübertragerkörper beziehungsweise den Wärmeübertragerkörperabschnitten um Strangpressprofile handelt, die das gleiche Querschnittsprofil aufweisen. The modular system is expediently developed such that the heat exchanger body is subdivided into a plurality of heat exchanger body sections, wherein the heat exchanger body sections are arranged in a working state with respect to a reference state about a common axis rotated to each other, so that there is a deviating from the reference state configuration of the heat exchanger body. In particular, features of the second aspect of the invention may be provided or formed in corresponding components in the modular system. Suitably, the modular system is configured such that a first heat exchanger body and a second heat exchanger body portion of the plurality of heat exchanger body sections ribs, wherein the flow channel is disposed in the first and the second heat exchanger body portion between two ribs, and wherein the at least one flow obstacle through at least partially a portion the flow channel in the first heat exchanger body portion overlapping end faces of the ribs of the second heat exchanger body portion is formed. In this way, the flow obstacles can be formed in a simple manner, in particular if the heat exchanger body or the heat exchanger body sections are extruded profiles which have the same cross-sectional profile.
Ergänzend oder alternativ ist das Baukastensystem derart weitergebildet, dass der Wärmeübertragerkörper oder die Mehrzahl der Wärmeübertragerkörperabschnitte, vorzugsweise sämtliche der Bauteile, einen gemeinsamen zweiten Strömungskanal zur Führung des zu erwärmenden Fluides aufweisen, der auf einer dem Strömungskanal abgewandten Seite des Wärmeübertragerkörpers oder der Mehrzahl der Wärmeübertragerkörperabschnitte angeordnet ist. Handelt es sich bei dem Wärmeübertragerkörper beziehungsweisen der Mehrzahl der Wärmeübertragerkörperabschnitte um ein Strangpressprofil, so lassen sich auf besonders einfache Weise beide Kanäle in einem einzigen Bauteil realisieren. Auf diese Weise kann insbesondere ein sonst außen anzubringendes Gehäuse weggelas- sen werden, wenn der äußere der beiden Strömungskanäle von einer äußeren Wand um- geben ist, die ebenfalls in dem Wärmeübertragerkörper beziehungsweise der Mehrzahl der Wärmeübertragerkörperabschnitte ausgebildet ist. Additionally or alternatively, the modular system is further developed in such a way that the heat exchanger body or the plurality of heat exchanger body sections, preferably all of the components, have a common second flow channel for guiding the fluid to be heated, which is arranged on a side of the heat exchanger body facing away from the flow channel or the plurality of heat exchanger body sections is. If the heat exchanger body or the majority of the heat exchanger body sections are an extruded profile, then both channels can be realized in a single component in a particularly simple manner. In this way, it is possible in particular to omit a housing which is otherwise to be attached to the outside, when the outer of the two flow channels is surrounded by an outer wall. is also formed in the heat exchanger body or the plurality of heat exchanger body sections.
Das Baukastensystem kann darüber hinaus derart weitergebildet sein, dass der Wärme- Übertragerkörper oder die Mehrzahl der Wärmeübertragerkörperabschnitte Strangpressprofile sind. Insbesondere kann es sich bei den übrigen Bauteilen um Gussteile oder Pressteile handeln, die vorzugsweise mit einem von dem Strangpressen verschiedenen Verfahren hergestellt sind. Strangpressprofile zeichnen sich durch ihre vorteilhafte leichte Herstellungsweise aus, wobei insbesondere eine homogene Beschaffenheit des fertigen Bauteils erreicht werden kann. Ferner können eine Vielzahl gleichartiger Wärmeübertragerkörper oder Wärmeübertragerkörperabschnitte mit nur einer einzigen Matrize hergestellt werden. The modular system can be further developed in such a way that the heat transfer body or the majority of the heat exchanger body sections are extruded profiles. In particular, the remaining components can be castings or pressed parts, which are preferably manufactured using a method different from extrusion molding. Extruded profiles are characterized by their advantageous ease of production, in particular, a homogeneous nature of the finished component can be achieved. Furthermore, a plurality of similar heat exchanger body or heat exchanger body sections can be made with only a single die.
Bei den genannten Wärmeübertragern kann es sich insbesondere um eine Weiterentwick- lung von zylindrischen beziehungsweise im Wesentlichen topfförmigen Wärmeübertragern mit alternierenden Gleich- und Gegenstrombereichen handeln. The heat exchangers mentioned may in particular be a further development of cylindrical or substantially pot-shaped heat exchangers with alternating direct and countercurrent regions.
Der Erfindung liegen insbesondere folgende Erkenntnisse zugrunde: Dadurch, dass ein Querschnittsprofil eines Strömungskanals an einen zu bildenden Wirbel angepasst ist, beziehungsweise dass der Strömungskanal in dem Umlenkkörper eine Wellenkontur aufweist, wird eine Wirbelbildung begünstigt und eine Vermischung der Strömungsschichten in dem Strömungskanal erzielt, ohne dass ein zu hoher Druckverlust in dem Strömungskanal auftritt. Durch eine Verdrehung von Wärmeübertragerabschnitten zueinander wird einer Strömung in einem Strömungskanal vorteilhaft ein Drall aufgezwungen und die Strömungsschichten vermischen sich. Dadurch, dass in dem zusammengestellten Wärmeübertrager ein Strömungskanal mit Strömungshindernissen ausgebildet ist, können sich die Strömungsschichten in dem Strömungskanal vermischen. The invention is based, in particular, on the following findings: By virtue of the fact that a cross-sectional profile of a flow channel is adapted to a vortex to be formed, or if the flow channel in the deflecting body has a wave contour, vortex formation is favored and mixing of the flow layers in the flow channel is achieved without too high pressure loss occurs in the flow channel. By a rotation of heat exchanger sections to each other a flow in a flow channel is advantageously imposed a twist and mix the flow layers. Characterized in that in the assembled heat exchanger, a flow channel is formed with flow obstacles, the flow layers can mix in the flow channel.
Es zeigen: Show it:
Figur 1 eine schematische Schnittansicht eines Wärmeübertragers; Figure 1 is a schematic sectional view of a heat exchanger;
Figur 2 eine schematische Schnittansicht eines Wärmeübertragers mit verschiedenen Beispielen zur Ausgestaltung des Strömungskanals ein erstes Ausführungsbeispiel einer zur Wirbelbildung geeigneten Kontur eines Wärmeübertragers ein zweites Ausführungsbeispiel einer zur Wirbelbildung geeigneten Kontur eines Wärmeübertragers ein drittes Ausführungsbeispiel einer zur Wirbelbildung geeigneten Kontur eines Wärmeübertragers eine schematische Anordnung von Strömungskanälen eines Wärmeübertragers einen als Deckel ausgebildeten Umlenkkörper eines Wärmeübertragers einen Wärmeübertragerkörper eines Wärmeübertragers einen als Bodenteil ausgebildeten Umlenkkörper eines Wärmeübertragers einen in dem Bodenteil angeordneten Umlenkbereich eine schematische Außenansicht eines Wärmeübertragers Figure 2 is a schematic sectional view of a heat exchanger with various examples for the design of the flow channel a third embodiment of a suitable for vortex formation contour of a heat exchanger, a schematic arrangement of flow channels of a heat exchanger designed as a cover deflecting a heat exchanger a heat exchanger body of a heat exchanger as a second embodiment of a suitable vortex formation contour of a heat exchanger Floor formed deflecting a heat exchanger a arranged in the bottom part deflection a schematic view of a heat exchanger
Bei der nachfolgenden Beschreibung der Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder vergleichbare Komponenten. In the following description of the drawings, like reference characters designate like or similar components.
Figur 1 zeigt in einer Draufsicht eine Schnittansicht einer Hälfte eines im Wesentlichen zylindrischen Wärmeübertragers 1 mit einem als Bodenteil 10 ausgebildeten Umlenkkörper und einem Gehäuse 70. In dem Bodenteil 10 sind sich radial nach außen um eine Mittelachse 2 des Wärmeübertragers 1 sternförmig erstreckende Rippen 1 1 ausgebildet, die zueinander um einen Winkel α versetzt angeordnet sind. In dem vorliegenden Fall beträgt der Winkel α 45°, so dass in dem Wärmeübertrager insgesamt acht Rippen 1 1 ausgebildet sind. Es können auch mehr oder weniger Rippen 1 1 ausgebildet sein. Die Rippen 1 1 sind vorliegend aus einer Außenwand 13 und zwei Seitenwänden 14 gebildet und werden durch eine als Verbindungssteg ausgebildete Innenwand 15 miteinander verbunden. Die Verbindungsstege bilden dabei einen prismatischen Innenmantel der zylindrischen Grund- form. Die Rippen 1 1 umgeben jeweils einen Teilkanal 31 eines ersten Strömungskanals 30. Das Gehäuse 70 und das Bodenteil 10 können auch einstückig ausgebildet sein, wobei das Bodenteil 10 dann einen durchgängigen Außenmantel aufweisen kann. Nicht gezeigt ist ein Abgasrohr, welches auf dem Bodenteil 10 anliegt, wobei aus dem Abgasrohr ein Abgas in einen Umlenkbereich 12 des Bodenteils 10 strömt. Das Abgasrohr hat einen Durchmesser, welcher annähernd dem Innendurchmesser des prismatischen Innenmantels entspricht, so dass sich das Abgasrohr an diesem anlehnen kann oder an diesem befestigt werden kann. FIG. 1 shows in a plan view a sectional view of one half of a substantially cylindrical heat exchanger 1 with a deflecting body designed as a bottom part 10 and a housing 70. In the bottom part 10, ribs 1 1 extending radially outward around a central axis 2 of the heat exchanger 1 are formed , which are arranged offset from each other by an angle α. In the present case, the angle α is 45 °, so that in the heat exchanger a total of eight ribs 1 1 are formed. It can also be formed more or less ribs 1 1. The ribs 1 1 are presently formed of an outer wall 13 and two side walls 14 and are interconnected by an inner wall 15 designed as a connecting web. The connecting webs form a prismatic inner shell of the cylindrical base The ribs 1 1 each surround a partial channel 31 of a first flow channel 30. The housing 70 and the bottom part 10 may also be integrally formed, wherein the bottom part 10 may then have a continuous outer jacket. Not shown is an exhaust pipe, which rests on the bottom part 10, wherein from the exhaust pipe, an exhaust gas flows into a deflection region 12 of the bottom part 10. The exhaust pipe has a diameter which corresponds approximately to the inner diameter of the prismatic inner shell, so that the exhaust pipe can lean against this or be attached thereto.
Der Umlenkbereich 12 erstreckt sich von der Mittelachse 2 bis zu den Außenwänden 13 der Rippen 1 1. Auf die Geometrie des Umlenkbereichs 12 wird in den Figuren 5c und 5d näher eingegangen. Das Abgas wird durch den Umlenkbereich in die Rippen 1 1 verteilt, was durch eine geschwungene Linie 3 angedeutet ist. In einer Einlassöffnung 17 der Rip- pen 1 1 ist ein Strömungshindernis 16 angeordnet. Das Strömungshindernis 16 ist ein Keil, der in den ersten Strömungskanal 30 hineinragt und eine Querströmung verursacht. Durch diese Querströmung wird in dem nachfolgenden Kanalabschnitt ein Wirbel 4 erzeugt, dessen Mittelachse im Wesentlichen parallel zu einer Längsachse des weiteren Kanalabschnitts verläuft. Das Querschnittsprofil des ersten Strömungskanals 30 ist in den Rippen 1 1 trapezförmig ausgebildet, wobei die Außenwand 13 die Kürzere der beiden Parallelen in dem Trapez darstellt und wobei die Seitenwände 14 die beiden nicht-parallelen Verbindungslinien des Trapezes bilden. Der Umlenkbereich 12 wird vor dem Einlassbereich 17 durch Teilungsstege 18 unterteilt, die jeweils vor den Innenwänden 15 angeordnet sind und den Abgasstrom in eine Anzahl Abgasteilströme unterteilen, wobei die Anzahl der Abgasteilströme der Anzahl der Rippen 1 1 entspricht. The deflection region 12 extends from the central axis 2 to the outer walls 13 of the ribs 1 1. The geometry of the deflection region 12 is discussed in more detail in FIGS. 5 c and 5 d. The exhaust gas is distributed through the deflection in the ribs 1 1, which is indicated by a curved line 3. In an inlet opening 17 of the ribs 1 1 1 a flow obstacle 16 is arranged. The flow obstruction 16 is a wedge which projects into the first flow channel 30 and causes a cross flow. As a result of this transverse flow, a vortex 4 is produced in the subsequent channel section, the central axis of which runs essentially parallel to a longitudinal axis of the further channel section. The cross-sectional profile of the first flow channel 30 is trapezoidal in the ribs 1 1, wherein the outer wall 13 represents the shorter of the two parallels in the trapezoid and wherein the side walls 14 form the two non-parallel connecting lines of the trapezoid. The deflection region 12 is subdivided in front of the inlet region 17 by dividing webs 18, which are respectively arranged in front of the inner walls 15 and subdivide the exhaust gas stream into a number of exhaust gas partial streams, wherein the number of exhaust gas partial streams corresponds to the number of ribs 1 1.
Zusammen mit dem Gehäuse 70 bilden die Rippen 1 1 in Zwischenräumen einen weiteren beziehungsweise zweiten Strömungskanal 40 für ein zu erwärmendes Fluid. Das Fluid kann Wasser oder ein Kühlmittel, beispielsweise ein Wasser-Glykol-Gemisch sein. Eine primäre Funktion des Umlenkkörpers ist die Umlenkung des Abgases und des zu erwärmenden Fluides. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel weist der Umlenkkörper eine sekundäre Funktion auf, nämlich eine Wärmeübertragung von dem heißen Abgas zu dem kühleren, zu erwärmenden Fluid. Die Wärmeübertragung erfolgt über die Seitenwand 14. Dabei ist der Temperaturgradient zwischen einer Innenseite der Seitenwand 14 und einer Außenseite der Seitenwand 14 entscheidend für die Effizienz der Wärmeübertragung. Die Umlenkung des zu erwärmenden Fluides wird in Figur 5c näher beschrieben. Die Umlen- kung erfolgt in der Ansicht in Figur 1 unterhalb der Rippen 1 1 in dafür vorgesehenen Krümmern, beispielsweise Rohrbögen, Segmentkrümmern oder Kniekrümmern, die einen in Figur 1 nicht gezeigten Umlenkbereich in dem zweiten Strömungskanal 40 bilden. Together with the housing 70 form the ribs 1 1 in intervals a further or second flow channel 40 for a fluid to be heated. The fluid may be water or a coolant, for example a water-glycol mixture. A primary function of the deflection body is the deflection of the exhaust gas and the fluid to be heated. In the present embodiment, the diverting body has a secondary function, namely a heat transfer from the hot exhaust gas to the cooler, to be heated fluid. The heat transfer takes place via the side wall 14. Here, the temperature gradient between an inner side of the side wall 14 and an outer side of the side wall 14 is crucial for the efficiency of heat transfer. The Deflection of the fluid to be heated is described in more detail in Figure 5c. The deflection takes place in the view in FIG. 1 below the ribs 11 in the elbows provided therefor, for example pipe bends, segment bends or elbows, which form a deflection region, not shown in FIG. 1, in the second flow channel 40.
Durch den Wirbel 4 werden die an der Seitenwand 14 strömenden Abgasschichten mit den weiter innen in dem Strömungskanal 30 strömenden Abgasschichten vermischt oder ausgetauscht, so dass sich ein größerer Temperaturgradient an der Seitenwand 14 einstellt. By means of the vortex 4, the exhaust gas layers flowing on the side wall 14 are mixed or exchanged with the exhaust gas layers flowing further inwardly in the flow channel 30, so that a larger temperature gradient is established on the side wall 14.
In Figur 2 ist ebenfalls in einer Draufsicht ein Schnitt durch eine Hälfte eines Wärmeübertragerkörpers 20 gezeigt, der mit dem in Figur 1 gezeigten Bodenteil 10 fest zusammengefügt ist, wobei die Mittelachsen des Bodenteils 10 und des Wärmeübertragerkörpers 20 zusammenfallen. Der Wärmeübertragerkörper 20 ist als ein Strangpressprofil ausgebildet und durch Extrusion aus einer Strangpressform hergestellt. Der Wärmeübertragerkörper 20 besteht aus einer Aluminiumlegierung, kann aber auch aus einem anderen wärmeleit- fähigen Material hergestellt sein. In den Ausführungsbeispielen bestehen der Wärmeübertragerkörper 20 und das Bodenteil 10 aus dem gleichen Material. Der Wärmeübertragerkörper 20 weist entsprechend zu dem Bodenteil 10 eine Vielzahl Rippen 21 a-d auf, die sternförmig um die Mittelachse 2 nach außen ragen. FIG. 2 also shows a plan view of a section through one half of a heat exchanger body 20, which is firmly joined together with the bottom part 10 shown in FIG. 1, the center axes of the bottom part 10 and the heat exchanger body 20 coinciding. The heat exchanger body 20 is formed as an extruded profile and made by extrusion from an extruded mold. The heat exchanger body 20 is made of an aluminum alloy, but may also be made of another thermally conductive material. In the embodiments, the heat exchanger body 20 and the bottom part 10 made of the same material. The heat exchanger body 20 has corresponding to the bottom part 10 a plurality of ribs 21 a-d, which protrude in a star shape around the central axis 2 to the outside.
Zur Verdeutlichung sind in Figur 2 eine Vielzahl unterschiedlicher Querschnittsprofile der Rippen 21 a-d gezeigt. Jede der Rippen 21 a-d ist entsprechend von einem Teilkanal des ersten Strömungskanals 30 durchsetzt. Vorzugsweise wird in dem Wärmeübertragerkör- per 20 nur ein einziges Querschnittsprofil einer der gezeigten Rippen 21 a-d mehrfach verwendet, das zweckmäßigerweise dem Querschnittsprofil des ersten Strömungskanals 30 der Rippen 1 1 des Bodenteils 10 entspricht. For clarity, a plurality of different cross-sectional profiles of the ribs 21 a-d are shown in FIG. Each of the ribs 21 a-d is accordingly penetrated by a partial channel of the first flow channel 30. Preferably, only a single cross-sectional profile of one of the fins 21 a-d shown is used repeatedly in the heat exchanger body 20, which expediently corresponds to the cross-sectional profile of the first flow channel 30 of the fins 1 1 of the base part 10.
Ein erstes Querschnittsprofil einer ersten Rippe 21 a weist eine Schleifenform auf. Die Schleifenform zeichnet sich durch zwei unterschiedlich breite Teilwirbelabschnitte aus, die durch zwei gegenüberliegende, von Seitenwänden 24a der Rippe 21 a quer zu einer Strömungsrichtung in den Strömungskanal 30 hineinragende Rundvorsprünge 26a voneinander getrennt sind. Die äußere Form der Rippe 21 a ist trapezförmig. Vorliegend ist eine Außenwand 23a der Rippe 21 a kürzer als eine Innenwand 25a der Rippe 21 a. Die Au- ßenwand 23a kann aber auch länger als die Innenwand 25a sein. Das erste Quer- schnittsprofil ist damit an einen Wirbel mit einer schleifenförmigen Umfangsform ange- passt. Ein Wirbel mit einer solchen Umfangsform ist insbesondere ein Doppelwirbel. A first cross-sectional profile of a first rib 21 a has a loop shape. The loop shape is characterized by two different width partial vortex sections, which are separated from each other by two opposite, of side walls 24a of the rib 21 a transversely to a flow direction in the flow channel 30 projecting round projections 26a. The outer shape of the rib 21 a is trapezoidal. In the present case, an outer wall 23 a of the rib 21 a shorter than an inner wall 25 a of the rib 21 a. However, the outer wall 23a can also be longer than the inner wall 25a. The first cross Section profile is thus adapted to a vortex with a loop-shaped peripheral shape. A vortex with such a peripheral shape is in particular a double vortex.
Ein zweites Querschnittsprofil einer zweiten Rippe 21 b weist eine sich nach außen ver- jüngende Trapezform auf. Ein drittes Querschnittsprofil einer dritten Rippe 21 c weist eine sich nach innen verjüngende Trapezform auf. Die äußeren Formen der Rippen 21 b und 21 c sind entsprechende Trapezformen, wobei sich die äußere Form der Rippe 21 b nach außen verjüngt und die äußere Form der Rippe 21 c sich nach innen verjüngt. Der Wärmeübertragerkörper 20 muss nicht zwangsläufig Rippen aufweisen. Beispielsweise kann der Wärmeübertragerkörper eine Vielzahl Teilkanäle aufweisen, die durch Querwände zwischen zwei Mantelwänden voneinander getrennt sind, so dass sich ein Mantel-Mantel- Profil ergibt. In diesem Fall kann vorgesehen sein, dass durch die Teilkanäle alternierend das Abgas und das zu erwärmende Fluid strömen, das heißt es sind Teilkanäle des ersten Strömungskanals 30 und Teilkanäle des zweiten Strömungskanals 40 alternierend zwi- sehen zwei Mantelwänden des Wärmeübertragerkörpers 20 angeordnet. Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn jeweils nur Teilkanäle des ersten Strömungskanals 30 zwischen zwei Mantelwänden angeordnet sind und dort einen ersten Strömungsmantel bilden und Teilkanäle des zweiten Strömungskanals 40 entweder zwischen einer weiteren äußeren Mantelwand und dem ersten Strömungsmantel oder zwischen einer weiteren inneren Mantel- wand, die auch durch ein Abgasrohr gebildet sein kann, und dem ersten Strömungsmantel angeordnet sind. Das zweite und das dritte Querschnittsprofil sind damit an trapezförmige Umfangsformen eines Wirbels angepasst. A second cross-sectional profile of a second rib 21 b has an outwardly tapered trapezoidal shape. A third cross-sectional profile of a third rib 21 c has an inwardly tapering trapezoidal shape. The outer shapes of the ribs 21 b and 21 c are corresponding trapezoidal shapes, wherein the outer shape of the rib 21 b tapers to the outside and the outer shape of the rib 21 c tapers inwardly. The heat exchanger body 20 does not necessarily have ribs. For example, the heat exchanger body having a plurality of sub-channels, which are separated by transverse walls between two jacket walls, so that there is a shell-shell profile. In this case, it may be provided that the exhaust gas and the fluid to be heated flow alternately through the subchannels, that is, there are partial channels of the first flow channel 30 and partial channels of the second flow channel 40 alternately see between two jacket walls of the heat exchanger body 20. In particular, it is advantageous if in each case only sub-channels of the first flow channel 30 are arranged between two jacket walls and form there a first flow jacket and sub-channels of the second flow channel 40 either between a further outer jacket wall and the first flow jacket or between a further inner shell wall, the may also be formed by an exhaust pipe, and the first flow jacket are arranged. The second and the third cross-sectional profile are thus adapted to trapezoidal peripheral shapes of a vortex.
Ein erstes Querschnittsprofil einer vierten Rippe 21 d weist eine 8-ter-Form auf. Die 8-ter- Form zeichnet sich durch zwei gleiche Teilwirbelabschnitte aus, die durch zwei gegenüberliegende, von Seitenwänden 24d der Rippe 21 d quer zu einer Strömungsrichtung in den Strömungskanal 30 hineinragende Rundvorsprünge 26d voneinander getrennt sind. Die äußere Form der Rippe 21 d ist rechteckförmig. Eine Außenwand 23d der Rippe 21 d ist bei der 8-ter-Form genauso lang wie eine Innenwand 25d der Rippe 21 d. Das vierte Querschnittsprofil ist damit an einen Wirbel mit einer 8-ter-förmigen Umfangsform angepasst. Ein Wirbel mit einer solchen Umfangsform ist insbesondere ein Doppelwirbel. A first cross-sectional profile of a fourth rib 21 d has an 8-th shape. The 8-th shape is characterized by two equal partial vortex sections, which are separated from one another by two round projections 26d projecting transversely to a flow direction into the flow channel 30 from side walls 24d of the rib 21d. The outer shape of the rib 21 d is rectangular. An outer wall 23d of the rib 21d is as long in the 8th shape as an inner wall 25d of the rib 21d. The fourth cross-sectional profile is thus adapted to a vortex with an 8-ter-shaped peripheral shape. A vortex with such a peripheral shape is in particular a double vortex.
Allen gezeigten Rippen 21 a-d ist gemeinsam, dass die Innenwände 25a-d jeweils anstelle einer Einlassöffnung zwischen zwei die Rippen 21 a-d verbindenden Innenwänden ange- ordnet ist. Es kann aber vorgesehen sein, dass die Innenwände 25a-d Teil eines in den Wärmeübertrager eingeschobenen Abgasrohres sind. All of the shown ribs 21 ad have in common that the inner walls 25a-d are respectively mounted in place of an inlet opening between two inner walls connecting the ribs 21 ad. is orders. However, it can be provided that the inner walls 25a-d are part of an exhaust pipe inserted into the heat exchanger.
In den Figuren 3a bis 3c sind beispielhafte Ausführungsformen des Querschnittsprofils des Strömungskanals 30 in dem Bodenteil gezeigt. Der Wärmeübertragerkörper kann in den Rippen ein identisches oder ähnliches Querschnittsprofil aufweisen. Exemplary embodiments of the cross-sectional profile of the flow channel 30 in the bottom part are shown in FIGS. 3a to 3c. The heat exchanger body may have an identical or similar cross-sectional profile in the ribs.
Das in Figur 3a gezeigte Querschnittsprofil einer Rippe 1 1 des Bodenteils entspricht im Wesentlichen einer Trapezform mit abgerundeten Ecken und einer Einlassöffnung 17 an- stelle einer geschlossenen Innenwand. Die Außenwand 13 weist eine nach außen gewölbte Krümmung auf. Das Querschnittsprofil ist damit an eine Umfangsform eines Wirbels 4 aus zwei Geraden und eine die Geraden verbindenden Bogen angepasst. Die Seitenwände 14 können ohne weiteres eine Wölbung aufweisen, wodurch das Querschnittsprofil an einen Wirbel mit einer aus aneinandergereihten Kreis- oder Ellipsenbögen mit unter- schiedlichen oder gleichen Radien gebildeten Umfangsform angepasst ist, beispielsweise eine Eiform. The cross-sectional profile of a rib 11 of the bottom part shown in FIG. 3 a substantially corresponds to a trapezoidal shape with rounded corners and an inlet opening 17 instead of a closed inner wall. The outer wall 13 has an outwardly curved curvature. The cross-sectional profile is thus adapted to a peripheral shape of a vortex 4 of two straight lines and a bow connecting the straight lines. The side walls 14 may readily have a curvature, whereby the cross-sectional profile is adapted to a vortex with a circumferential shape formed from juxtaposed circular or elliptical arcs with different or equal radii, for example an egg shape.
An einer Kante der Einlassöffnung 17 ist ein nach innen gewölbtes Strömungshindernis 16 als Wirbelerzeugungsmittel ausgebildet. Die abgerundete Oberfläche des Strömungshin- dernisses 16 erlaubt es der Strömung der Oberfläche ohne Strömungsabriss zu folgen. Gleichzeitig wird der Strömung eine Querströmung aufgezwungen, die in Kombination mit dem Querschnittsprofil die gewünschte Wirbelform in dem Querschnittsprofil ausbildet. Mit anderen Worten ist das Querschnittsprofil an den zu bildenden Wirbel angepasst. In Figur 3b ist eine Kontur in der Form einer Pendelstrecke zur Unterstützung einer Wirbelbildung in dem Querschnittsprofil gezeigt. Die Seitenwände 14 weisen eine Wellenform auf, wobei Wellenkämme 19 der einen Seitenwand 14 den Wellenkämmen 19 der anderen Seitenwand 14 gegenüberliegen. Dadurch wird die Strömung gezwungen sich zu überkreuzen. Nach einigen Kreuzungen entstehen dann durch den sich aufbauenden Drall der Strömungen in dem Querschnittsprofil am Ende der Wirbelstrecke zwei gegenläufige Wirbel 4a, b. Das Querschnittsprofil der Pendelstrecke ist zur Verdeutlichung, inwiefern die Kontur einen Einfluss auf die nachfolgende Strömung hat, noch einmal mit gestrichelten Linien in Figur 2 gezeigt. Die Kontur ist in Figur 2 nicht an den nachfolgenden Kanalabschnitt angepasst. Eine Anpassung der Kontur an den nachfolgenden Kanalabschnitt in dem Wärmeübertragerkörper 20 ist aber ohne weiteres möglich. Figur 3c zeigt eine Kontur in einer Mäanderform, wobei die beiden Seitenwände 14a, b in weiten Teilen zueinander identisch ausgebildet sind und ihre jeweiligen gegenüberliegenden Tangenten in diesen Teilen parallel zueinander ausgerichtet sind, so dass sich die Wellenkämme 19a der ersten Seitenwand 14a gegenüber den Wellentäler 19b der zweiten Seitenwand 14b befinden. Auf diese Weise kann einem sehr breiten Strömungsquerschnitt eine quer zu der Strömungsrichtung verlaufende Geschwindigkeitskomponente aufgezwungen werden, so dass sich ein sehr breiter Wirbel in dem Querschnittsprofil an einem Ende des Teilabschnitts des Strömungskanals 30 in der Rippe 1 1 einstellt. Darüber hinaus können eine Vielzahl Teilabschnitte mit jeweils einer mäanderförmigen Kontur nebeneinander angeordnet werden, wenn auch die Außenseite der Seitenwände 14a, b mit einer entsprechenden Wellenform ausgebildet sind. At an edge of the inlet opening 17 an inwardly curved flow obstruction 16 is formed as a vortex generating means. The rounded surface of the flow restrictor 16 allows the flow of the surface to follow without stall. At the same time the flow is imposed on a transverse flow, which forms the desired vortex shape in the cross-sectional profile in combination with the cross-sectional profile. In other words, the cross-sectional profile is adapted to the vortex to be formed. FIG. 3b shows a contour in the form of a pendulum track for aiding eddy formation in the cross-sectional profile. The side walls 14 have a wave form, with wave crests 19 of one side wall 14 facing the wave crests 19 of the other side wall 14. This forces the flow to cross over. After a few intersections, two opposing vortices 4a, b are formed by the building up of the flows in the cross-sectional profile at the end of the vortex path. The cross-sectional profile of the pendulum is to illustrate how the contour has an influence on the subsequent flow, once again shown by dashed lines in Figure 2. The contour is not adapted in Figure 2 to the subsequent channel section. An adaptation of the contour to the subsequent channel section in the heat exchanger body 20 is readily possible. Figure 3c shows a contour in a meandering shape, wherein the two side walls 14a, b are formed identical to each other in many parts and their respective opposing tangents in these parts are aligned parallel to each other, so that the wave crests 19a of the first side wall 14a with respect to the troughs 19b the second side wall 14b are located. In this way, a speed component running transversely to the flow direction can be imposed on a very wide flow cross-section so that a very wide vortex in the cross-sectional profile adjusts at one end of the subsection of the flow channel 30 in the rib 11. In addition, a plurality of sub-sections, each with a meander-shaped contour can be arranged side by side, although the outside of the side walls 14a, b are formed with a corresponding waveform.
Handelt es sich bei dem Querschnittsprofil in Figur 3a-c um ein Querschnittsprofil des Wärmeübertragerkörpers, so kann sich die Einlassöffnung 17 zumindest teilweise entlang der Längserstreckung, das heißt vorzugsweise parallel zu der Mittelachse, erstrecken. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn zwischen dem Abgasrohr und dem Wärmeübertragerkörper ein Zwischenraum vorgesehen ist, durch den das Abgas zurückströmen kann, wobei dann das Abgas durch die Einlassöffnung 17 einen Abgasaustausch oder ein Nachströmen des Abgases ermöglicht, wodurch die Wirbelbildung unterstützt werden kann. Es kann auch vorgesehen sein, dass sich die Einlassöffnung 17 entlang der Längserstreckung des Wärmeübertragers verjüngt. Dies kann insbesondere der Fall sein, wenn es sich bei dem Wärmeübertragerkörper um einen konischen Körper handelt. In Figur 4 ist eine schematische Anordnung des inneren ersten Strömungskanals 30 und äußeren zweiten Strömungskanals 40 eines Wärmeübertragers 1 gezeigt. Ein innerer Kreis stellt ein Abgasrohr 80 dar, das in den Wärmeübertragerkörper 20 eingeschoben ist und eine Innenwand 81 für die um das Abgasrohr angeordneten Teilkanäle 31 des ersten Strömungskanals 30 bildet. Jeweils zwei Teilkanäle 31 des Strömungskanals 30 geben dabei Wärme an einen zweiten Teilkanal 41 des zweiten Strömungskanals 40 ab. Der äußere Kreis stellt ein Gehäuse 70 dar. If the cross-sectional profile in FIG. 3 a - c is a cross-sectional profile of the heat exchanger body, then the inlet opening 17 can extend at least partially along the longitudinal extension, that is to say preferably parallel to the central axis. This is particularly advantageous if between the exhaust pipe and the heat exchanger body, a gap is provided, through which the exhaust gas can flow back, in which case the exhaust gas through the inlet port 17 allows an exhaust gas exchange or an afterflow of the exhaust gas, whereby the vortex formation can be supported. It can also be provided that the inlet opening 17 tapers along the longitudinal extent of the heat exchanger. This may in particular be the case when the heat exchanger body is a conical body. FIG. 4 shows a schematic arrangement of the inner first flow channel 30 and outer second flow channel 40 of a heat exchanger 1. An inner circle represents an exhaust pipe 80, which is inserted into the heat exchanger body 20 and forms an inner wall 81 for the arranged around the exhaust pipe sub-channels 31 of the first flow channel 30. In each case, two sub-channels 31 of the flow channel 30 emit heat to a second sub-channel 41 of the second flow channel 40. The outer circle represents a housing 70.
In den Figuren 5a bis 5c ist ein Wärmeübertrager 1 , bestehend aus einem in Figur 5a gezeigten Abschlussdeckel 50, einem in Figur 5b gezeigten Wärmeübertragerkörper 20 und einem in Figur 5c gezeigten Bodenteil 10 in einer Seitenansicht dargestellt. Dabei ist der Verlauf des zweiten Strömungskanals 40 herausgestellt. Das Bodenteil 10, der Wärmeübertragerkörper 20 und der Abschlussdeckel 50 sind im Wesentlichen Rotationskörper, die eine gemeinsame Mittelachse 2 aufweisen. Die in den Figuren 5a bis 5c gezeigten Umlenkkörper 10, 50 und Wärmeübertragerkörperabschnitte 20' sind ein Beispiel für ein Baukastensystem zur Herstellung eines Wärmeübertragers 1 . Es kann auch nur ein Wärmeübertragerkörperabschnitt 20' als Wärmeübertragerkörper 20 ausgebildet sein. Jeder der in Figur 5b gezeigten Wärmeübertragerkörperabschnitte 20' ist ein Strangpressprofil, wobei die Querschnitte der Wärmeübertragerkörper 20' identisch sind. Bei der Herstellung der Wärmeübertragerkörperabschnitte 20' wird dieselbe Matrize verwendet. FIGS. 5a to 5c show a side view of a heat exchanger 1, comprising a closure cover 50 shown in FIG. 5a, a heat exchanger body 20 shown in FIG. 5b, and a bottom part 10 shown in FIG. 5c. It is the History of the second flow channel 40 exposed. The bottom part 10, the heat exchanger body 20 and the end cover 50 are essentially rotational bodies which have a common central axis 2. The deflection bodies 10, 50 and heat exchanger body portions 20 'shown in FIGS. 5 a to 5 c are an example of a modular system for producing a heat exchanger 1. It is also possible for only one heat exchanger body section 20 'to be designed as a heat exchanger body 20. Each of the heat exchanger body sections 20 'shown in FIG. 5b is an extruded profile, the cross sections of the heat exchanger bodies 20' being identical. The same die is used in the manufacture of the heat exchanger body sections 20 '.
Der in Figur 5a gezeigte als Abschlussdeckel 50 ausgebildete Umlenkkörper weist zwei Umlenkbereiche 52' auf, die ein zu erwärmendes Fluid, welches aus einem Strömungskanalabschnitt des zweiten Strömungskanals 40 des Wärmeübertragerkörpers 20 in den Umlenkbereich 52' strömt, umlenkt. Das zu erwärmende Fluid wird um 180° umgelenkt. Die Umlenkbereiche 52' sind Krümmer und können als Rohrbogen, Segmentkrümmer o- der Kniekrümmer ausgebildet sein. Seitlich ist an dem Abschlussdeckel 50 ein Auslassrohr 60 angeordnet, aus dem in durch den Wärmeübertrager 1 erwärmtes Fluid strömt. The deflecting body designed as end cap 50 shown in FIG. 5a has two deflecting regions 52 ', which diverts a fluid to be heated, which flows from a flow channel section of the second flow channel 40 of the heat exchanger body 20 into the deflecting region 52'. The fluid to be heated is deflected by 180 °. The deflection regions 52 'are elbows and can be designed as elbows, segment elbows or elbows. On the side of the end cover 50, an outlet pipe 60 is arranged, from which flows in heated by the heat exchanger 1 fluid.
Der Abschlussdeckel 50 weist eine Abgasrohraufnahmeöffnung 55 zur Aufnahme eines Abgasrohres auf. The end cover 50 has an exhaust pipe receiving opening 55 for receiving an exhaust pipe.
In Figur 5b ist ein Wärmeübertragerkörper 20 in einem Zusammenbauzustand gezeigt. Der Wärmeübertragerkörper 20 ist in drei Wärmeübertragerkörperabschnitte 20' unterteilt, wobei die einzelnen Wärmeübertragerkörperabschnitte 20' der Übersichtlichkeit halber voneinander beabstandet dargestellt sind. Die Wärmeübertragerkörperabschnitte 20' sind zueinander um einen Winkel verdreht angeordnet. Dadurch sind die Teilabschnitte des ersten Strömungskanals und zweiten Strömungskanals 40 ebenfalls zueinander versetzt angeordnet. Dies führt dazu, dass die so in die Strömungskanäle 40 hineinragenden Vorsprünge den Richtungsverlauf der Strömung beeinflussen, so dass die Strömung spiral- förmig um den Wärmeübertragerkörper 20 geleitet wird. Für einen Zusammenbau des Wärmeübertragerkörpers 20 werden die Wärmeübertragerkörperabschnitte 20' durch Fügen miteinander verbunden. Vorliegend sind die oberen Wärmeübertragerkörperabschnitte um die Mittelachse 2 zueinander um jeweils zu ihrem unteren Nachbarn um einen bestimmten Verdrehwinkel verdreht angeordnet. Der Verdrehwinkel beträgt 10°. Der Wärmeübertragerkörper 20 weist einen Innenwand 25 zur Anlage des in den Wärmeübertragerkörper 1 hinzuschiebenden Abgasrohres auf. FIG. 5b shows a heat exchanger body 20 in an assembled state. The heat exchanger body 20 is subdivided into three heat exchanger body sections 20 ', wherein the individual heat exchanger body sections 20' are shown spaced apart for the sake of clarity. The heat exchanger body sections 20 'are mutually rotated by an angle. As a result, the sections of the first flow channel and the second flow channel 40 are also arranged offset from one another. As a result, the projections projecting into the flow channels 40 influence the direction of the flow, so that the flow is conducted in a spiral around the heat exchanger body 20. For an assembly of the heat exchanger body 20, the heat exchanger body sections 20 'are joined together by joining. In the present case, the upper heat exchanger body sections about the central axis 2 are arranged to each other by a respective angle of rotation to each of their lower neighbors. The twist angle is 10 °. The heat exchanger body 20 has an inner wall 25 for abutment of the exhaust pipe to be pushed into the heat exchanger body 1.
In Figur 5c ist ein als Bodenteil 10 ausgebildeter Umlenkkörper gezeigt. An der Außensei- te weist das Bodenteil 10 ebenso wie der Abschlussdeckel Umlenkbereiche 12' des zweiten Strömungskanals 40 auf. In Figure 5c designed as a bottom part 10 deflecting body is shown. On the outer side, the bottom part 10, just like the end cover, has deflection regions 12 'of the second flow channel 40.
Mit gestrichelten Linien ist eine Bodenkontur 121 des inneren Umlenkbereichs 12 des Bodenteils 10 dargestellt. Der Umlenkbereich 12 weist eine Verdickung um die Mittelachse auf, die für die gleichmäßige Umlenkung der Abgasströmung aus dem Abgasrohr sorgt. Die Verdickung weist zunächst einen zu der Abgasströmung tangentialen Ringbereich auf, so dass die Abgasströmung der Kontur des Umlenkbereichs 12 in dem ersten Strömungskanal ohne in eine Turbulenz umzuschlagen folgen kann. Nach außen hin verläuft die Bodenkontur zunächst von der Mittelachse 2 abfallend, um dann wieder anzusteigen und so einen Bogen zu bilden, der eine Krümmung um insgesamt 180° aufweist. Die in Figur 1 gezeigten Teilstege 18 können der Bodenkontur 121 in ihrer Ausformung folgen, wobei vorgesehen sein kann, dass der Außenradius der Teilstege 18 kleiner ist als der Radius der Innenseite 25 des in Figur 5b dargestellten Wärmeübertragerkörpers 20, so dass das Abgasrohr an den Kanten der Teilstege 18 aufliegen kann. Seitlich ist an dem Bodenteil 10 ein Einlassrohr 61 angeordnet, aus dem in durch den Wärmeübertrager 1 erwärmtes Fluid in den zweiten Strömungskanal 40 strömt. Dashed lines show a bottom contour 121 of the inner deflection region 12 of the bottom part 10. The deflection region 12 has a thickening about the central axis, which ensures the uniform deflection of the exhaust gas flow from the exhaust pipe. The thickening initially has an annular region tangential to the exhaust gas flow, so that the exhaust gas flow can follow the contour of the deflection region 12 in the first flow channel without turning into turbulence. Outwardly, the bottom contour initially sloping from the central axis 2, then to rise again and thus to form an arc which has a curvature of 180 ° in total. The partial webs 18 shown in FIG. 1 may follow the bottom contour 121 in their shape, wherein it may be provided that the outer radius of the partial webs 18 is smaller than the radius of the inner side 25 of the heat exchanger body 20 shown in FIG. 5b, so that the exhaust pipe is at the edges the partial webs 18 can rest. An inlet tube 61 is arranged laterally on the bottom part 10, from which fluid flows through the heat exchanger 1 into the second flow channel 40.
Es kann vorgesehen sein, dass Auslassrohr 60 und das Einlassrohr 61 beide in einem Umlenkkörper angeordnet sind. Insbesondere können das Auslassrohr 60 und das Ein- lassrohr 61 beide in oder an dem Bodenteil 10 oder dem Abschlussdeckel 50 ausgebildet sein. Vorstellbar ist auch eine Anordnung der Rohre an einem Gehäuse oder an oder in einem der Wärmeübertragerkörperabschnitte 20'. It can be provided that the outlet pipe 60 and the inlet pipe 61 are both arranged in a deflecting body. In particular, the outlet tube 60 and the inlet tube 61 may both be formed in or on the bottom part 10 or the end cover 50. Also conceivable is an arrangement of the tubes on a housing or on or in one of the heat exchanger body sections 20 '.
In Figur 5d ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des Bodenteils 10 in einer Schnittansicht gezeigt, wobei ein Ringkörper 90 in der Mitte des Umlenkbereichs 12 angeordnet ist. Der Ringkörper kann einerseits der Auflage eines Abgasrohres dienen und andererseits Durchlassöffnungen 91 für das Abgas aufweisen. Der Ringkörper 90 stützt sich dabei an einer Bodenfläche mit einer Bodenkontur 121 ab. In Figur 6 ist eine perspektivische Außenansicht eines Wärmeübertragers 1 mit einer Abgasrohraufnahmeöffnung 55 gezeigt, wobei auf der Außenseite des Gehäuses 80 andeutungsweise ein mäanderförmiger Strömungsverlauf 5 des zu erwärmenden Fluides in dem zweiten Strömungskanal dargestellt ist. Da das rückgeführte Abgas in der Ansicht in Figur 6 nach dem Ausströmen aus dem Abgasrohr und einer in dem Umlenkkörper 10 erfolgten Umlenkung um 180° nach oben strömt, strömt das zu erwärmende Fluid nach dem Einströmen durch ein an dem Bodenteil 10 befestigten Einlassrohr 61 zunächst im Gleichstrom mit dem Abgas. Nach der ersten Umlenkung 6 in dem Abschlussdeckel 50 strömt das zu erwärmende Fluid zu dem Abgas im Gegenstrom. Nach der zweiten Umlenkung strömt das zu erwärmende Fluid wieder im Gleichstrom. Dieser Strömungsverlauf wird entsprechend fortgesetzt. FIG. 5 d shows a further exemplary embodiment of the bottom part 10 in a sectional view, wherein an annular body 90 is arranged in the middle of the deflection region 12. The ring body can serve on the one hand the support of an exhaust pipe and on the other hand have passage openings 91 for the exhaust gas. The ring body 90 is supported on a bottom surface with a bottom contour 121. FIG. 6 shows a perspective exterior view of a heat exchanger 1 with an exhaust pipe receiving opening 55, wherein a meandering flow path 5 of the fluid to be heated in the second flow channel is indicated on the outside of the housing 80. Since the recirculated exhaust gas flows in the view in Figure 6 after flowing out of the exhaust pipe and a deflection in the deflector 10 by 180 ° upward, the fluid to be heated flows after flowing through an attached to the bottom part 10 inlet pipe 61 initially in DC with the exhaust gas. After the first deflection 6 in the end cap 50, the fluid to be heated flows countercurrently to the exhaust gas. After the second deflection, the fluid to be heated flows again in direct current. This flow is continued accordingly.
Die vorstehend genannten Bauteile 10, 20, 20', 50 des Wärmeübertragers 1 eignen sich für ein Baukastensystem zur Herstellung eines Wärmeübertragers, wobei der Wärmeüber- trager 1 vorzugsweise einen Strömungskanal 30 aufweist, in dem sich ein Wirbel 4 ausbildet, wobei in dem Strömungskanal 30 ein Wirbelerzeugungsmittel vorgesehen ist. Die Bestandteile umfassen insbesondere das Bodenteil 10, den Wärmeübertragerkörper 20 beziehungsweise die Wärmeübertragerkörperabschnitte 20' und den Abschlussdeckel 50. Die in der vorstehenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein. The aforementioned components 10, 20, 20 ', 50 of the heat exchanger 1 are suitable for a modular system for producing a heat exchanger, wherein the heat exchanger 1 preferably has a flow channel 30 in which a vortex 4 is formed, wherein in the flow channel 30th a vortex generating means is provided. The components comprise in particular the bottom part 10, the heat exchanger body 20 or the heat exchanger body sections 20 'and the end cover 50. The features of the invention disclosed in the above description, in the drawings and in the claims can be used individually or in any combination for the realization of the Invention essential.
Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
1 Wärmeübertrager 1 heat exchanger
2 Mittelachse  2 central axis
3 geschwungene Linie  3 curved line
4 Wirbel  4 whirls
5 Strömungsverlauf der zu erwärmenden Fluids 6 Umlenkung  5 flow pattern of the fluids to be heated 6 deflection
10 Bodenteil  10 bottom part
Rippe  rib
12 Umlenkbereich in dem ersten Strömungskanal 121 Bodenkontur  12 deflection in the first flow channel 121 bottom contour
12' Umlenkbereich in dem zweiten Strömungskanal12 'deflection in the second flow channel
13 Außenwand 13 outer wall
14 Seitenwand  14 sidewall
15 Innenwand  15 inner wall
16 Strömungshindernis, Überströmkante  16 flow obstacle, overflow edge
17 Einlassbereich 17 inlet area
18 Teilungsstege  18 dividing bridges
19 Wellenkämme  19 wave crests
19a Wellenkämme 19a wave crests
19b Wellentäler 19b wave troughs
20 Wärmeübertragerkörper 20 heat exchanger body
20a Wärmeübertragerkörperabschnitte  20a heat exchanger body sections
21 a erste Rippe  21 a first rib
21 b zweite Rippe  21 b second rib
21 c dritte Rippe  21 c third rib
21 d vierte Rippe 21 d fourth rib
23a, d Außenwände  23a, d outer walls
24a, d Seitenwände  24a, d sidewalls
25a-d Innenwände  25a-d interior walls
26a, d Rundvorsprünge  26a, d round projections
30 Erster Strömungskanal Teilkanal des ersten Strömungskanals 30 First flow channel Partial channel of the first flow channel
Zweiter Strömungskanal  Second flow channel
Teilkanal des zweiten Strömungskanals Partial channel of the second flow channel
Abschlussdeckel End cover
Umlenkbereich in dem zweiten Strömungskanal Deflection in the second flow channel
Innenwand, AbgasrohraufnahmeöffnungInner wall, exhaust pipe receiving opening
Auslassrohr outlet pipe
Einlassrohr  inlet pipe
Gehäuse  casing
Abgasrohr  exhaust pipe
Innenwand  inner wall
Ringkörper  ring body
Durchlassöffnungen  Passage openings

Claims

Ansprüche claims
1 . Wärmeübertrager zur Abgaswärmenutzung, umfassend einen Wärmeübertragerkörper (20), einen Umlenkkörper (10, 50) zur Umlenkung eines Abgases in einem gemeinsa- men Strömungskanal (30, 40) des Wärmeübertragerkörpers (20) und des Umlenkkörpers (10, 50), 1 . Heat exchanger for exhaust heat utilization, comprising a heat exchanger body (20), a deflecting body (10, 50) for deflecting an exhaust gas in a common flow channel (30, 40) of the heat exchanger body (20) and the deflecting body (10, 50),
- wobei der Strömungskanal (30) in dem Umlenkkörper (10, 50) eine Kontur aufweist, die zur Wirbelbildung in einem nachfolgenden Kanalabschnitt ausgebildet ist. - Wherein the flow channel (30) in the deflecting body (10, 50) has a contour which is formed for vortex formation in a subsequent channel section.
2. Wärmeübertrager nach Anspruch 1 , wobei die Kontur als eine Wellenkontur ausgebildet ist, wobei die Kontur insbesondere eine Mäanderform oder eine Pendelstrecke aufweist. 2. Heat exchanger according to claim 1, wherein the contour is formed as a wave contour, wherein the contour in particular has a meander or a pendulum.
3. Wärmeübertrager zur Abgaswärmenutzung, umfassend einen Wärmeübertragerkörper (20), - wobei der Wärmeübertragerkörper (20) in eine Mehrzahl Wärmeübertragerkörperabschnitte (20') unterteilt ist, die bei entsprechender relativer Lage in einem Referenzzustand ein Strömungskanal bilden können, 3. heat exchanger for exhaust heat utilization, comprising a heat exchanger body (20), - wherein the heat exchanger body (20) is subdivided into a plurality of heat exchanger body sections (20 ') which can form a flow channel in a corresponding state relative to a reference state
- wobei die Wärmeübertragerkörperabschnitte (20') in einem Arbeitszustand gegen- über dem Referenzzustand um eine gemeinsame Achse (2) zueinander verdreht angeordnet sind, so dass sich eine von dem Referenzzustand abweichende Konfiguration des Wärmeübertragerkörpers (20) ergibt. - Wherein the heat exchanger body sections (20 ') in a working state relative to the reference state about a common axis (2) to each other rotated are arranged, so that there is a deviating from the reference state configuration of the heat exchanger body (20).
4. Wärmeübertrager nach Anspruch 3, wobei durch die Verdrehung der Mehrzahl der Wärmeübertragerkörperabschnitte (20') Strömungshindernisse in dem Strömungskanal4. Heat exchanger according to claim 3, wherein by the rotation of the plurality of heat exchanger body sections (20 ') flow obstacles in the flow channel
(30, 40) ausgebildet sind. (30, 40) are formed.
5. Wärmeübertrager nach Anspruch 4, wobei die Strömungshindernisse als Wirbelerzeugungsmittel ausgebildet sind. 5. Heat exchanger according to claim 4, wherein the flow obstacles are formed as a vortex generating means.
6. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei der Strömungskanal (30, 40) durch die Verdrehung in einer Spiralform ausgebildet ist. 6. Heat exchanger according to one of claims 3 to 5, wherein the flow channel (30, 40) is formed by the rotation in a spiral shape.
7. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 3 bis 6, ferner umfassend einen Um- lenkkorper (10, 50) zur Umlenkung des Abgases und/oder des Fluides in einen oder aus einem Teilkanal des Strömungskanals (30, 40) aus einem oder in einen weiteren Teilkanal des Strömungskanals (30, 40). 7. Heat exchanger according to one of claims 3 to 6, further comprising a deflecting body (10, 50) for deflecting the exhaust gas and / or the fluid into or out of a partial channel of the flow channel (30, 40) from one or another Partial channel of the flow channel (30, 40).
8. Wärmeübertrager zur Abgaswärmenutzung, umfassend einen Wärmeübertragerkörper (20), einen in dem Wärmeübertragerkörper (20) ausgebildeten Strömungskanal (30) zur Führung eines Abgases sowie zur Wärmerückgewinnung aus dem Abgas, ein Wirbelerzeugungsmittel (12, 16) zur Bildung eines Wirbels des Abgases in dem Strömungskanal (30), 8. Heat exchanger for exhaust heat utilization, comprising a heat exchanger body (20), in the heat exchanger body (20) formed flow channel (30) for guiding an exhaust gas and for heat recovery from the exhaust gas, a vortex generating means (12, 16) for forming a vortex of the exhaust gas in the flow channel (30),
- wobei der Strömungskanal (30) ein Querschnittsprofil aufweist, das zumindest teil- weise an eine Umfangsform des zu bildenden Wirbels (4) angepasst ist. - Wherein the flow channel (30) has a cross-sectional profile which is at least partially adapted to a peripheral shape of the vortex (4) to be formed.
9. Wärmeübertrager nach Anspruch 8, wobei die Umfangsform des Wirbels (4) eine 8-ter-Form oder Schleifenform ist. 9. Heat exchanger according to claim 8, wherein the peripheral shape of the vortex (4) is an 8-ter shape or loop shape.
10. Wärmeübertrager nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Umfangsform des Wirbels (4) eine Trapezform ist. 10. Heat exchanger according to claim 8 or 9, wherein the peripheral shape of the vortex (4) is a trapezoidal shape.
1 1 . Wärmeübertrager nach Anspruch 8, wobei die Umfangsform des Wirbels (4) aus aneinandergereihten Kreis- oder Ellipsenbögen mit unterschiedlichen oder gleichen Radien gebildet ist. 1 1. Heat exchanger according to claim 8, wherein the peripheral shape of the vortex (4) is formed of juxtaposed circular or elliptical arcs with different or equal radii.
12. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 8 bis 1 1 , wobei das Querschnittsprofil des Strömungskanals (30) zumindest in dem Wärmeübertragerkörper (20) eine Einlass- Öffnung (17) für das Abgas aufweist und an der Einlassöffnung (17) eine Überströmkante (16) zur Wirbelbildung oder zur Unterstützung der Wirbelbildung des einströmenden Abgases ausgebildet ist. 12. Heat exchanger according to one of claims 8 to 1 1, wherein the cross-sectional profile of the flow channel (30) at least in the heat exchanger body (20) has an inlet opening (17) for the exhaust gas and at the inlet opening (17) has an overflow edge (16). is formed for vortex formation or to support the vortex formation of the incoming exhaust gas.
13. Baukastensystem zur Herstellung eines Wärmeübertragers (1 ) aus einer Mehrzahl von Bauteilen, 13. Modular system for producing a heat exchanger (1) from a plurality of components,
- wobei die Bauteile einen gemeinsamen Strömungskanal (30) zur Führung eines Abgases sowie zur Wärmerückgewinnung aus dem Abgas aufweisen, - Wherein the components have a common flow channel (30) for guiding an exhaust gas and for heat recovery from the exhaust gas,
- wobei in dem Strömungskanal zumindest ein Strömungshindernis angeordnet ist, so dass die Strömungsschichten in dem Strömungskanal vermischt werden, wherein at least one flow obstruction is arranged in the flow channel, so that the flow layers are mixed in the flow channel,
- wobei die Bauteile ausgewählt sind aus der Gruppe Wärmeübertragerkörper (20, 20') oder eine Mehrzahl Wärmeübertragerkörperabschnitte (20'), Bodenteil (10) und Abschlussdeckel (50), - wherein the components are selected from the group heat exchanger body (20, 20 ') or a plurality of heat exchanger body sections (20'), bottom part (10) and end cover (50),
- wobei die ausgewählten Bauteile zumindest einen Wärmeübertragerkörper (20, 20') oder eine Mehrzahl Wärmeübertragerkörperabschnitte (20') umfassen, wherein the selected components comprise at least one heat exchanger body (20, 20 ') or a plurality of heat exchanger body sections (20'),
- wobei die Bauteile nach der Auswahl durch Fügen miteinander verbunden werden. - In which the components are connected to each other after selection by joining.
14. Baukastensystem nach Anspruch 13, wobei in dem Strömungskanal (30) ein Wirbelerzeugungsmittel zur Wirbelbildung in dem Strömungskanal vorgesehen ist, und wobei der Strömungskanal (30) in dem Wärmeübertragerkörper (20) ein Querschnittsprofil aufweist, das an eine Umfangsform des zu bildenden Wirbels (4) angepasst ist. 14. Modular system according to claim 13, wherein in the flow channel (30) a vortex generating means for vortex formation is provided in the flow channel, and wherein the flow channel (30) in the heat exchanger body (20) has a cross-sectional profile which is adapted to a peripheral shape of the vortex (4) to be formed.
15. Baukastensystem nach Anspruch 13 oder 14, wobei das Bodenteil (10) und/oder der Abschlussdeckel (50) jeweils als ein Umlenkkörper (10, 50) ausgebildet sind, wobei der Umlenkkörper (10, 50) zur Umlenkung eines Abgases in einem gemeinsamen Strömungskanal (30, 40) des Wärmeübertragerkörpers (20) und des Umlenkkörpers (10, 50) vorgesehen ist, und wobei der Strömungskanal (30) in dem Umlenkkörper (10, 50) eine Kontur aufweist, die zur Wirbelbildung in einem nachfolgenden Kanalabschnitt ausgebildet ist. 15. Modular system according to claim 13 or 14, wherein the bottom part (10) and / or the end cover (50) each as a deflecting body (10, 50) are formed, wherein the deflecting body (10, 50) for deflecting an exhaust gas in a common Flow channel (30, 40) of the heat exchanger body (20) and the deflecting body (10, 50) is provided, and wherein the flow channel (30) in the deflecting body (10, 50) has a contour which is formed for vortex formation in a subsequent channel section ,
16. Baukastensystem nach einem der Ansprüche 13 bis 15, wobei der Wärmeübertragerkörper (20) in die Mehrzahl Wärmeübertragerkörperabschnitte (20') unterteilt ist, wobei die Wärmeübertragerkörperabschnitte (20') in einem Arbeitszustand gegenüber einem Referenzzustand um eine gemeinsame Achse (2) zueinander verdreht angeordnet sind, so dass sich eine von dem Referenzzustand abweichende Konfiguration des Wärmeübertragerkörpers (20) ergibt. 16. Modular system according to one of claims 13 to 15, wherein the heat exchanger body (20) in the plurality of heat exchanger body sections (20 ') is divided, wherein the heat exchanger body sections (20') in a working state relative to a reference state about a common axis (2) to each other are arranged, so that there is a deviating from the reference state configuration of the heat exchanger body (20).
17. Baukastensystem nach einem der Ansprüche 14 bis 16, wobei der Wärmeübertra- gerkörper (20, 20') oder die Mehrzahl der Wärmeübertragerkörperabschnitte (20'), vorzugsweise sämtliche der Bauteile, einen gemeinsamen zweiten Strömungskanal zur Führung des zu erwärmenden Fluides aufweisen, der auf einer dem Strömungskanal (30) abgewandten Seite des Wärmeübertragerkörpers (20, 20') oder der Mehrzahl der Wärmeübertragerkörperabschnitte (20') angeordnet ist. 17. Modular system according to one of claims 14 to 16, wherein the Wärmeübert- gerkörper (20, 20 ') or the plurality of Wärmeübertragerkörperabschnitte (20'), preferably all of the components, a common second flow channel for guiding the fluid to be heated, the on a side facing away from the flow channel (30) side of the heat exchanger body (20, 20 ') or the plurality of heat exchanger body sections (20') is arranged.
18. Baukastensystem nach einem der Ansprüche 14 bis 17, wobei der Wärmeübertragerkörper (20) oder die Mehrzahl der Wärmeübertragerkörperabschnitte (20') Strangpressprofile sind. 18. Modular system according to one of claims 14 to 17, wherein the heat exchanger body (20) or the plurality of heat exchanger body sections (20 ') are extruded profiles.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109612312A (en) * 2018-11-30 2019-04-12 华南理工大学 A kind of spherical heat exchanger of waveform plate lantern structure

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE337027C (en) * 1916-07-01 1921-05-23 Luther Daniel Lovekin Process for the manufacture of helically wound insert plates for heat exchange devices
FR2617579B1 (en) * 1987-07-03 1989-12-08 Airelec Ind CENTRAL HEATING BOILER FOR A BLOWER, COMPRISING A DRY FIREPLACE AND A HEATING RESISTANCE
US5655599A (en) * 1995-06-21 1997-08-12 Gas Research Institute Radiant tubes having internal fins
GB9926466D0 (en) * 1999-11-10 2000-01-12 Chart Marston Limited Heat exchanger
DE10146610A1 (en) * 2001-09-21 2003-04-24 Eberspaecher J Gmbh & Co Heat exchanger arrangement for a heating device, in particular a motor vehicle heater
DE102005029321A1 (en) * 2005-06-24 2006-12-28 Behr Gmbh & Co. Kg Heat exchanger for exhaust gas cooling has structural elements arranged so that duct has internal variable heat transfer increasing in direction of flow
DE102006051000A1 (en) * 2005-10-26 2007-07-12 Behr Gmbh & Co. Kg Exhaust gas heat exchanger for internal combustion engine of motor vehicle, has sealing unit provided in sectional contact with one of mediums, and turbulence generator provided within housing, where medium is passed within generator
GB2446472B (en) * 2007-06-07 2009-10-07 Senior Uk Ltd Improved gas heat exchanger
DE102008002430C5 (en) * 2007-07-11 2018-03-22 Hanon Systems Exhaust gas heat exchanger with vibration-damped exchanger tube bundle
DE102009046781A1 (en) * 2009-11-17 2011-05-19 J. Eberspächer GmbH & Co. KG Heat exchanger arrangement for use in vehicle heater, has heat transfer ribs extending in peripheral and housing longitudinal axis directions, and arranged at ring-like peripheral wall by plastic deformation
US20120192812A1 (en) * 2011-01-28 2012-08-02 Rahmani Ramin K Water heater with counter-twisted baffle
DE102012008183B4 (en) * 2011-09-06 2013-07-18 Joachim Benz heat exchanger kit
DE102013020469A1 (en) * 2013-12-06 2015-06-11 Webasto SE Heat exchanger and method for producing a heat exchanger

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109612312A (en) * 2018-11-30 2019-04-12 华南理工大学 A kind of spherical heat exchanger of waveform plate lantern structure
CN109612312B (en) * 2018-11-30 2024-01-12 华南理工大学 Spherical heat exchanger with wave-shaped plate lantern structure

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