WO2016146296A1 - Heat exchanger, in particular for a waste-heat utilization device - Google Patents

Heat exchanger, in particular for a waste-heat utilization device Download PDF

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WO2016146296A1
WO2016146296A1 PCT/EP2016/051939 EP2016051939W WO2016146296A1 WO 2016146296 A1 WO2016146296 A1 WO 2016146296A1 EP 2016051939 W EP2016051939 W EP 2016051939W WO 2016146296 A1 WO2016146296 A1 WO 2016146296A1
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heat exchanger
fluid
tubular body
exchanger according
paths
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PCT/EP2016/051939
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Tobias Fetzer
Wilhelm Grauer
Boris Kerler
Marco Renz
Volker Velte
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Mahle International Gmbh
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    • F28F2215/06—Hollow fins; fins with internal circuits

Definitions

  • Heat exchanger in particular for a waste heat utilization device
  • the present invention relates to a heat exchanger, in particular for a waste heat utilization device, and a waste heat utilization device with such a heat exchanger.
  • Heat exchangers are used as cooling systems in motor vehicles in order to cool the fresh air charged by means of an exhaust gas turbocharger in a fresh air system cooperating with the internal combustion engine of the motor vehicle.
  • the fresh air to be cooled ie a gas
  • the heat exchanger is introduced into the heat exchanger, where it thermally interacts with a fluid in the form of a likewise introduced into the heat exchanger coolant and emits heat in this way to the coolant.
  • charge air cooler Conversely, however, heat exchangers can also be used to cool a liquid coolant by means of a gas. Such heat exchangers are referred to as coolant coolers.
  • Such a heat exchanger may for example be designed as a plate heat exchanger and having a plurality of tubular bodies, which are typically stacked in a stacking direction, wherein between the plates of a tubular body, a coolant path is formed through which the coolant is passed.
  • the medium to be cooled such as the fresh air charged in an exhaust gas turbocharger
  • rib structures can additionally be provided between adjacent tubular bodies which increase the interaction area of the tubular bodies available for the thermal interaction.
  • the basic idea of the invention is accordingly to equip the heat exchanger with a plurality of connection paths, which in each case fluidly connect at least two tubular bodies adjacent in the stacking direction.
  • the introduced into the tubular body of the heat exchanger fluid typically a coolant, particularly evenly distributed to the individual tubular body and are collected again after flowing through and the associated heat exchange with the gas to be cooled.
  • a heat exchanger realized as a charge air cooler
  • a heat exchanger comprises a plurality of fluid paths for flowing through with a fluid.
  • Each fluid path is at least partially bounded by a tubular body.
  • the tubular bodies extend along a tube extension direction and are stacked along a stacking direction.
  • the tube extension direction and the stacking direction may preferably be orthogonal to one another.
  • a gap which is present between two tubular bodies adjacent in the stacking direction, in each case a gas path for flowing through with a gas along a gas flow direction is formed.
  • the gas flow direction is according to the invention orthogonal to the tubular body extension direction.
  • the fluid can flow in the opposite direction to the gas flow direction through the individual tubular body, along which the gas flows through the gas paths formed between the tubular bodies.
  • gas throughflow direction is understood to mean the direction along which the gas flows through the heat exchanger while it thermally interacts with the fluid.And it is understood that a portion of the gas flowing through the heat exchanger also extends in one direction in sections This may be the case, for example, when flow vortices are formed in the gas flow, ie the gas flow direction is a main flow direction of the gas flowing through the heat exchanger, which can vary locally applies to the fluid flowing through the tubular body.
  • Essential to the invention is a plurality of connection paths, which in each case fluidly connect at least two tube bodies which are adjacent in the stacking direction.
  • the heat exchanger has at least one fluid inlet for distributing the fluid to the fluid paths and at least one fluid outlet for discharging the fluid from the heat exchanger after flowing through the fluid paths.
  • the heat exchanger is delimited along the stacking direction by a first tubular body and a second tubular body opposite the first tubular body in the stacking direction.
  • the first tubular body has a first fluid distributor which is fluidically connected to the fluid inlet and a first fluid collector which is fluidically connected to the fluid outlet.
  • the second tubular body has a second fluid distributor which is fluidically connected to the fluid inlet and a second fluid collector which is fluidically connected to the fluid outlet.
  • the first fluid distributor can be fluidly separated from the first fluid collector by means of a partition wall formed on the first tubular body.
  • the second fluid distributor can be fluidly separated from the second fluid collector by means of a second partition wall formed on the second tubular body.
  • the fluid inlet and the fluid outlet are arranged in a common housing wall delimiting the heat exchanger in the pipe body extension direction.
  • exactly two fluid inlets are present, which are present in the housing wall at opposite to the stacking direction wall ends.
  • exactly two fluid outlets are available. These are arranged in the housing wall with respect to the stacking direction opposite wall ends.
  • a particularly uniform spatial distribution of the fluid to the individual tubular body of the heat exchanger and a related, particularly homogeneous heat exchange between fluid and gas is achieved when at least one connection path fluidly interconnects all existing in the heat exchanger tubular body. Particularly preferably, this measure can be realized for all existing in the heat exchanger fluid paths.
  • connection paths can be formed as connecting tube bodies extending along the stacking direction, each having a first pipe mouth and a second pipe mouth opposite the first pipe mouth.
  • the tubular body extending direction along a longitudinal direction of the tubular body and the gas flow direction orthogonal thereto along a transverse direction of the tubular body.
  • the connecting pipe body are arranged at two opposite in gas flow direction transverse ends of the tubular body.
  • the longitudinal direction is defined by a longitudinal side of the tubular body and the transverse direction by a transverse side of the tubular body.
  • a plurality of turbulence generating elements in at least one tubular body on a tube body which limits this tubular body in the stacking direction Wall formed a plurality of turbulence generating elements.
  • the turbulence-generating elements project from this tubular body wall into the fluid path delimited by the tubular body.
  • turbulent flows can be generated in the fluid flowing through the fluid paths, which effects an improved heat exchange of the fluid with the gas flowing through the gas paths. Therefore, all tubular bodies of the heat exchanger are particularly preferably provided with such turbulence generation elements.
  • each raster line includes at least two turbulence generating elements and extends along the gas flow direction. At least two raster lines in the tube body extension direction are adjacent and spaced from one another.
  • the turbulence-generating elements of two adjacent in the tube body extension direction raster lines in the gas flow direction are offset from one another. In this way it is achieved that the fluid when flowing through the tubular body meets at least one turbulence generating element before it leaves again.
  • at least one (first) connection path is arranged at a first transverse end of the tubular body.
  • at least one (second) connection path is arranged at a second transverse end. The second transverse end lies opposite the first transverse end in the gas flow direction of the tubular body, in particular in the transverse direction of the tubular body.
  • connection paths are present either at the first transverse end or at the second transverse end.
  • the fluid can be uniformly introduced along the tube extension direction at the first transverse end into the tube body and discharged at the second transverse end opposite the first transverse end again from the tube bodies.
  • a first number of first connection paths are arranged at the first transverse end. Accordingly, a second number of second connection paths are arranged at the second transverse end.
  • the first number of connection paths substantially, preferably exactly, corresponds to the second number of connection paths. In this way, a particularly uniform flow through the tubular body can be achieved.
  • a heat exchanger with the above-described features according to the invention - including the preceding optional features - can be produced in a particularly simple manner and with particularly low production costs in series production by using an additive manufacturing method.
  • additive production process encompasses all production processes which produce the component directly from a computer mouse. dell out layer by layer. Such production processes are also known by the name “rapid forming”.
  • Rapid Forming is understood to mean, in particular, production processes for the rapid and flexible production of components by means of tool-free production directly from CAD data.
  • the use of an additive manufacturing method allows the production of the heat exchanger according to the invention in a simple and flexible manner.
  • the additive manufacturing process may include laser melting.
  • a laser melting process is used to manufacture the heat exchanger.
  • the heat exchanger can be produced directly from 3D CAD data. Basically, the heat exchanger during the laser melting tool-free and layered based on the three-dimensional CAD model associated with the heat exchanger.
  • the heat exchanger may be integrally formed.
  • Such a one-piece design is formed in particular when using the above-proposed additive manufacturing process, in particular laser melting.
  • a one-piece design of the heat exchanger eliminates the very costly and therefore costly attaching the individual components of the heat exchanger together.
  • the cohesive fastening of the individual connecting tubular body to the tubular bodies can be omitted.
  • the invention further relates to a waste heat utilization device with a previously presented heat exchanger.
  • FIG. 1 shows an example of a heat exchanger according to the invention in a perspective view
  • FIG. 2.3 is an enlarged fragmentary view of the heat exchanger of FIG. 1.
  • FIG. 1 shows a perspective illustration of an example of a heat exchanger 1 according to the invention. Below it is assumed that this is used as intercooler. It is understood that the heat exchanger 1 but can also be used as a coolant cooler.
  • the heat exchanger 1 comprises a plurality of fluid paths 2 for flowing through a fluid, for example a coolant. Each fluid path 2 is at least partially bounded by a tubular body 3.
  • the tubular bodies 3 extend along a tube extension direction E and are stacked along a stacking direction S. Through a gap 4, which is present between two adjacent in the stacking direction S tubular bodies 3, a respective gas path 5 for flowing through a gas, for example air, along a gas flow direction G is formed.
  • a rib structure 24 may be provided, so be present. At the rib structure 24 adjacent tubular body 3 are based in the stacking direction S. By means of the rib structures 24, the effective, available for the heat exchange interaction surface of the tubular body 3 is increased. This leads to a further improvement in the efficiency of the heat exchanger 1. As can be seen from FIG. 1, the spaces 4 for introducing and removing the gas are designed to be open at opposite ends of the heat exchanger 1 along the gas flow direction G. Through these openings, the gas in the interstices 4 and 5 gas paths are switched on and discharged again.
  • the tubular body extension direction E may correspond to a longitudinal direction L of the tubular body 3, which is defined by a longitudinal side 17 of the tubular body 3 - defined in a section perpendicular to the stacking direction S of the tubular body 3.
  • the gas flow direction G, the tube body extension direction E and the stacking direction S in the example scenario each extend orthogonal to one another.
  • connection paths 6 which each fluidically miteinan at least two adjacent in the stacking direction tubular body 3 the connect.
  • each of the connection paths 6 connects each tube body 3 with each other.
  • FIG. 2 shows a lower part of the heat exchanger 1 of FIG. 1 with respect to the stacking direction S in a partial view.
  • the connecting paths 6 are realized as connection tube bodies 10 extending along the stacking direction S, each of which can have a first tube mouth 7a and a second tube mouth 7b opposite the first tube mouth 7a.
  • the connecting pipe bodies 10 are arranged at two transverse ends 16a, 16b of the tubular body 3 which are located in the gas flow direction G, ie the transverse direction Q, opposite the transverse direction.
  • the gas flow direction G corresponds in the example of a transverse direction Q of the tubular body 3, defined in a section of the tubular body 3 perpendicular to the stacking direction S.
  • the transverse direction Q is in turn defined by a transverse side 18 of the tubular body 3 and extends in the example perpendicular to the longitudinal direction L.
  • the heat exchanger 1 has at least one fluid inlet 8 for distributing the fluid to the fluid paths 2 or tubular body 3 and at least one fluid outlet 9 for discharging the fluid from the heat exchanger 1 after flowing through the fluid paths 2.
  • the heat exchanger 1 is bounded along the stacking direction S by a first tubular body 3a and a second tubular body 3b opposite the first tubular body 3b in the stacking direction S.
  • the first tubular body 3a has a first fluid distributor 11a connected fluidically to the fluid inlet 8 and a first fluid collector 12a fluidically connected to the fluid outlet 9.
  • the second tubular body 3b has a second fluid distributor 11b which is fluidically connected to the fluid inlet 8 and a second fluid collector 12b which is fluidically connected to the fluid outlet 9.
  • the first fluid distributor 11a is formed by means of a first tube body 3a Partition 13a fluidly separated from the first fluid collector 12a.
  • the second fluid distributor 11b is fluidically separated from the second fluid collector 12b by means of a second partition wall 13b formed on the second tubular body 3b.
  • the two dividing walls 13a, 13b which are not actually visible in the illustration of FIGS. 1 and 2, are indicated in these figures for clarity in a dashed representation.
  • the fluid supplied to the heat exchanger 1 via the fluid inlet 8 can be evenly distributed to the individual tubular bodies 3 without expensive supply lines.
  • the distribution of the fluid to the individual tubular body 3 is done by means of extending in the stacking direction S connecting paths 6 and connecting pipe body 10.
  • the fluid after flowing through the tubular body 3 and there heat exchange with the Gas - without a complex discharge system would be required - collected directly from the tubular bodies 3 and derived from the heat exchanger 1. Also, the collection of the fluid from the tubular bodies 3 takes place with the aid of the connecting paths 6.
  • the fluid thus flows within a tubular body 3 in the opposite direction to the gas flow direction G through the individual tubular bodies 3 (see arrows 22 in Figure 2), i.
  • the gas G flows substantially at a 180 ° angle relative to the fluid through the interspaces 4 or through the gas paths 5.
  • gas throughflow direction is understood to mean the direction along which the gas passes through the gas paths 5 of the heat exchanger 1 flows while it is in thermal interaction with the fluid. It is understood that a portion of the gas flowing through the heat exchanger 1 can also flow in sections in a direction which deviates from the gas flow direction G. This may be the case, for example, when flow vortices form in the gas flow. In the gas flow direction G is thus a main flow direction of the gas flowing through the heat exchanger, which can vary locally. The same applies mutatis mutandis for the fluid flowing through the heat exchanger.
  • the fluid inlet 8 and the fluid outlet 9 are arranged in a housing wall 14 delimiting the heat exchanger 1 in the direction of the tube body extension E. 1 shows that the heat exchanger 1 can have not only a single but two fluid inlets 8, which are provided in the housing wall 14 with respect to the stacking direction S opposite wall ends 15a, 15b. Accordingly, two fluid outlets 9 are also present. These are arranged as shown in Figure 1 in the housing wall 14 with respect to the stacking direction S opposite wall ends 15a, 15b.
  • connection paths 6 are arranged at a distance from one another along the tube body extension direction E or the longitudinal direction L of the tube body 3.
  • connection paths 6 or the connecting tube bodies 10 either at a transverse end Qa, and thus also the gas flow direction G, of the first transverse end 16a of the tube body 3 or in the transverse direction Qa first transverse end 16a or gas flow direction G opposite second Transverse end 16b arranged.
  • the connecting paths 6 arranged at the first transverse end 16a are referred to below as “first connecting paths” 6, the connecting paths arranged at the second transverse end 16b as "second connecting paths" 6.
  • the heat exchanger 1 has the same number of first and Second connection paths 6.
  • the arranged at the first transverse end 16a connecting Rohrkorper 10 open with their first pipe mouths 7a in the first fluid manifold 1 1 a and with their second pipe mouths 7b in the second fluid manifold 1 1 b.
  • the connecting tube bodies 10 arranged at the second transverse end 16b open with their first tube openings 7a in the first fluid collector 12a and with their second tube openings 7b in the second fluid collector 12b.
  • 10 breakthroughs can be formed in the connecting tubular bodies (not shown ).
  • the connecting Rohrkorper 10 may be interrupted in the region of the tubular body 3. The latter variant is particularly useful when the heat exchanger 1 is formed in one piece, as may be true in a production of the heat exchanger 1 using an additive manufacturing process.
  • FIG. 2 shows a partial view of Figure 1, but differs from Figure 2 in that the heat exchanger 1 is shown in the partial view of Figure 3 with respect to Figure 1 "cut off" within a tubular body 3.
  • a plurality of turbulence-generating elements 20 are formed in a tubular body 3 'on a tubular body wall 19 bordering this tubular body 3' in the stacking direction S.
  • Such turbulence-generating elements 20 20 can also be used in all other tubular bodies 3 with the exception of the first and second tubular body 3a, 3b be present.
  • the turbulence generating elements 20 project from this tubular body wall 19 into the fluid path 2 bounded by the tubular body.
  • turbulent flows are generated in the fluid flowing through the fluid paths 2. These cause an improved heat exchange of the fluid with the gas flowing through the gas paths 5 gas.
  • the plurality of turbulence-generating elements 20 can be arranged with a plurality of raster lines 21 in a raster-like manner with respect to a plan view of the tubular body wall 19 of the tubular bodies 3 ', 3 in the stacking direction S.
  • each raster line 21 comprises at least two turbulence generating elements 20 and extends along the gas flow direction G.
  • the individual raster lines 21 in the tubular body extension direction E are adjacent and spaced from one another.
  • the turbulence generating elements 20 of two adjacent in the pipe body extension direction E raster lines 21 as shown in Figure 3 in the gas flow direction G offset from one another.
  • Particularly pronounced turbulence effects in the fluid flowing through the tubular bodies 3 and impinging on the turbulence generating elements 20 can be generated when the turbulence generating elements 20 have a curved geometric shape with respect to a plan view of the tubular body wall 19 in the stacking direction S.
  • the turbulence generating elements 20 By means of the turbulence generating elements 20, the fluid flowing in opposite direction to the direction of gas flow through the tubular body 3 is deflected laterally, ie towards the tubular body extension direction E.
  • the fluid that is to say typically a coolant, passes through one of the two fluid inlets 8 into the heat exchanger 1 and via the respective fluid inlet 8 associated first or second fluid distributor 1 1 a, 1 1 b by means of the stacking direction
  • the fluid entering the first or second fluid distributor 11a, 11b is arranged via the connecting paths formed on the first transverse end 16a and formed by the connecting tube bodies 10
  • the tubular bodies 3 are flowed through by the fluid along the gas flow direction G, which also runs parallel to the transverse direction Q, at least in the example of the figures.
  • the fluid is received by the arranged at the second transverse end 16b, formed by the connecting tubular bodies 10 connecting paths and passes from there into one of the two fluid collector 12a, 12b.
  • the fluid is discharged from the heat exchanger 1 again via the fluid outlet 9 assigned to the respective fluid collector 12a, 12b.
  • the above-discussed heat exchanger 1 with the above-described inventive features - including the preceding optional features - can be produced in a particularly simple manner and with particularly low manufacturing costs in series production by using an additive manufacturing process.
  • the additive manufacturing process may include laser melting.
  • a laser melting process is used to manufacture the heat exchanger.
  • the heat exchanger 1 with its various components can be produced directly from 3D CAD data.
  • the heat exchanger 1 is produced without tools during the laser melting and in layers on the basis of the three-dimensional CAD model assigned to the heat exchanger 1.
  • the use of an additive manufacturing method, in particular laser melting simplifies the manufacture of the heat exchanger 1 with its opposite conventional heat exchangers complicated geometry.
  • an additive manufacturing method allows the individual components of the heat exchanger 1, such as the tubular body 3 including the connecting tubular body 10, the rib structures 24, the fluid distributor 11a, 1 1 b and the fluid collector 12a, 12b, etc. as a CAD model to define and manufacture directly from such a CAD model out.
  • the heat exchanger 1 can be formed in one piece.
  • Such a one-piece design is formed in particular when using an additive manufacturing process, in particular laser melting.
  • By means of a one-piece design of the heat exchanger 1 eliminates the very costly and therefore costly attaching the individual components of the heat exchanger together. In particular, the cohesive fastening of the individual connecting tubular body 10 to the tubular bodies 3 is eliminated.

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Abstract

The invention relates to a heat exchanger (1), in particular for a waste-heat utilization device, comprising a plurality of fluid paths (2) through which a fluid can pass, each fluid path (2) being at least partially delimited by a tubular body (3) and the tubular bodies (3) extending in a tubular body extension direction (E) and being stacked one on top of another in a stacking direction (S). A gas path (7), through which a gas can pass in the gas through-flow direction (G), is formed by each space (6) provided between two tubular bodies (3) lying adjacently to one another in the stacking direction (S). The gas through-flow direction (G) runs orthogonally to the tubular-body extension direction (E). The heat exchanger comprises a plurality of connecting paths (6), each path fluidically connecting at least two tubular bodies (3) lying adjacently to one another in the stacking direction (S).

Description

Wärmetauscher, insbesondere für eine Abwärmenutzungseinrichtung  Heat exchanger, in particular for a waste heat utilization device
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, insbesondere für eine Abwärmenutzungseinrichtung, sowie eine Abwärmenutzungseinrichtung mit einem solchen Wärmetauscher. The present invention relates to a heat exchanger, in particular for a waste heat utilization device, and a waste heat utilization device with such a heat exchanger.
Als Wärmetauscher oder Wärmeübertrager wird gemeinhin eine Vorrichtung bezeichnet, die Wärme von einem Stoffstrom auf einen anderen Stoffstrom überträgt. Wärmetauscher kommen als Kühlsysteme in Kraftfahrzeugen zum Einsatz, um in einer mit der Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeugs zusammenwirkenden Frischluftanlage die mittels eines Abgasturboladers aufgeladene Frischluft zu kühlen. Hierzu wird die zu kühlende Frischluft, also ein Gas, in den Wärmetauscher eingeleitet, wo sie thermisch mit einem Fluid in Form eines ebenfalls in den Wärmetauscher eingebrachten Kühlmittels wechselwirkt und auf diese Weise Wärme an das Kühlmittel abgibt. Derartige Wärmetauscher werden als Ladeluftkühler bezeichnet. Umgekehrt können Wärmetauscher aber auch dazu verwendet werden, ein flüssiges Kühlmittel mittels eines Gases zu kühlen. Solche Wärmetauscher werden als Kühlmittelkühler bezeichnet. As a heat exchanger or heat exchanger is commonly referred to a device that transfers heat from one stream to another stream. Heat exchangers are used as cooling systems in motor vehicles in order to cool the fresh air charged by means of an exhaust gas turbocharger in a fresh air system cooperating with the internal combustion engine of the motor vehicle. For this purpose, the fresh air to be cooled, ie a gas, is introduced into the heat exchanger, where it thermally interacts with a fluid in the form of a likewise introduced into the heat exchanger coolant and emits heat in this way to the coolant. Such heat exchangers are referred to as charge air cooler. Conversely, however, heat exchangers can also be used to cool a liquid coolant by means of a gas. Such heat exchangers are referred to as coolant coolers.
Ein derartiger Wärmetauscher kann beispielsweise als Plattenwärmetauscher ausgestaltet sein und mehrere Rohrkörper aufweisen, die typischerweise in einer Stapelrichtung aufeinander gestapelt sind, wobei zwischen den Platten eines Rohrkörpers ein Kühlmittelpfad ausgebildet wird, durch den das Kühlmittel geführt wird. In einem zwischen zwei benachbarten Rohrkörpern ausgebildeten Zwischenraum kann fluidisch getrennt zum Kühlmittel das zu kühlende Medium, etwa die in einem Abgasturbolader aufgeladene Frischluft, geführt werden, so dass das Kühlmittel durch die Rohrkörper hindurch in thermische Wechselwirkung mit der zu kühlenden Frischluft gesetzt werden kann. Zur Verbesserung des Wärmeaus- tauschs können zwischen benachbarten Rohrkörpern zusätzlich Rippenstrukturen vorgesehen werden, welche die für die thermische Wechselwirkung zur Verfügung stehende Wechselwirkungsfläche der Rohrkörper erhöhen. Derartige Konstruktionen sind dem Fachmann als sogenannte„Rippe-Rohr-Wärmetauscher" geläufig. Such a heat exchanger may for example be designed as a plate heat exchanger and having a plurality of tubular bodies, which are typically stacked in a stacking direction, wherein between the plates of a tubular body, a coolant path is formed through which the coolant is passed. In a gap formed between two adjacent tubular bodies, the medium to be cooled, such as the fresh air charged in an exhaust gas turbocharger, can be fluidically separated from the coolant, so that the coolant can be thermally interacting with the fresh air to be cooled through the tubular bodies. To improve the heat output In addition, rib structures can additionally be provided between adjacent tubular bodies which increase the interaction area of the tubular bodies available for the thermal interaction. Such constructions are familiar to those skilled in the art as so-called "fin-tube heat exchangers".
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bei der Entwicklung von Wärmetauschern mit verbesserter Effizienz, insbesondere für Kraftfahrzeuge, neue Wege aufzuzeigen. It is an object of the present invention to discover new ways of developing heat exchangers with improved efficiency, especially for motor vehicles.
Diese Aufgabe wird durch einen Wärmetauscher gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche. This object is achieved by a heat exchanger according to independent claim 1. Preferred embodiments are subject of the dependent claims.
Grundgedanke der Erfindung ist demnach, den Wärmetauscher mit einer Mehrzahl von Verbindungspfaden auszustatten, welche jeweils wenigstens zwei in Stapelrichtung benachbarte Rohrkörper fluidisch miteinander verbinden. Auf diese Weise kann das in Rohrkörper des Wärmtauschers eingeleitete Fluid, typischerweise ein Kühlmittel, besonders gleichmäßig auf die einzelnen Rohrkörper verteilt und nach dem Durchströmen und dem damit verbundene Wärmeaustausch mit dem zu kühlenden Gas wieder gesammelt werden. Dies führt bei einem als Ladeluftkühler realisierten Wärmetauscher zu einem besonders homogenen Wärmeaustausch des Fluids mit dem zu temperierenden, insbesondere zu kühlenden, Gas wie beispielsweise der bereits erwähnten, vom Turbolader aufgeladenen Frischluft. Damit geht auch eine erhöhte Effizienz des Wärmetauschers einher. Das hier vorgeschlagene, erfindungswesentliche Prinzip kann ohne weiteres in dem eingangs erwähnten Kühlmittelkühler angewandt werden. Ein erfindungsgemäßer Wärmetauscher umfasst eine Mehrzahl von Fluidpfaden zum Durchströmen mit einem Fluid. Jeder Fluidpfad ist wenigstens teilweise von einem Rohrkörper begrenzt. Die Rohrkörper erstrecken sich entlang einer Rohr- Erstreckungsrichtung und sind entlang einer Stapelrichtung stapelartig aufeinander angeordnet. Die Rohr-Erstreckungsrichtung und die Stapelrichtung können bevorzugt orthogonal zueinander verlaufen. Durch einen Zwischenraum, welcher zwischen zwei in Stapelrichtung benachbarten Rohrkörpern vorhanden ist, ist jeweils ein Gaspfad zum Durchströmen mit einem Gas entlang einer Gas- Durchströmungsrichtung ausgebildet. Die Gas-Durchströmungsrichtung verläuft dabei erfindungsgemäß orthogonal zur Rohrkörper-Erstreckungsrichtung. The basic idea of the invention is accordingly to equip the heat exchanger with a plurality of connection paths, which in each case fluidly connect at least two tubular bodies adjacent in the stacking direction. In this way, the introduced into the tubular body of the heat exchanger fluid, typically a coolant, particularly evenly distributed to the individual tubular body and are collected again after flowing through and the associated heat exchange with the gas to be cooled. In the case of a heat exchanger realized as a charge air cooler, this leads to a particularly homogeneous heat exchange of the fluid with the gas to be tempered, in particular to be cooled, such as the already mentioned fresh air charged by the turbocharger. This is accompanied by an increased efficiency of the heat exchanger. The principle proposed here according to the invention can readily be applied in the coolant radiator mentioned in the introduction. A heat exchanger according to the invention comprises a plurality of fluid paths for flowing through with a fluid. Each fluid path is at least partially bounded by a tubular body. The tubular bodies extend along a tube extension direction and are stacked along a stacking direction. The tube extension direction and the stacking direction may preferably be orthogonal to one another. Through a gap, which is present between two tubular bodies adjacent in the stacking direction, in each case a gas path for flowing through with a gas along a gas flow direction is formed. The gas flow direction is according to the invention orthogonal to the tubular body extension direction.
Das Fluid kann dabei in entgegengesetzter Richtung zur Gas-Durchströmungsrichtung durch die einzelnen Rohrkörper strömen, entlang welcher das Gas durch die zwischen den Rohrkörpern gebildeten Gaspfade strömt. Mittels eines solchen Gegenstromprinzips wird erreicht, dass immer ein Temperaturgefälle zwischen Gas und Fluid besteht. Somit ist sichergestellt, dass über die gesamten Gas- bzw. Fluidpfade hinweg ein Wärmeaustausch zwischen dem Gas und dem Fluid stattfindet. Dies zu einer besonders hohen Effizienz des Wärmetauschers. Unter „Gas-Durchströmungsrichtung" wird vorliegend dabei diejenige Richtung verstanden, entlang welcher das Gas durch den Wärmetauscher strömt, während es mit dem Fluid in thermische Wechselwirkung tritt. Es versteht sich, dass ein Teil des durch den Wärmetauscher strömenden Gases abschnittsweise auch in eine Richtung strömen kann, die von der Gas-Durchströmungsrichtung abweicht. Dies kann etwa der Fall sein, wenn sich im Gasstrom Strömungswirbel ausbilden. Bei der Gas-Durchströmungsrichtung handelt es sich also um eine Hauptströmungsrichtung des durch den Wärmetauscher strömenden Gases, die lokal variieren kann. Gleiches gilt für das durch die Rohrkörper strömende Fluid. Erfindungswesentlich ist eine Mehrzahl von Verbindungspfaden, welche jeweils wenigstens zwei in Stapelrichtung benachbarte Rohrkörper fluidisch miteinander verbinden. The fluid can flow in the opposite direction to the gas flow direction through the individual tubular body, along which the gas flows through the gas paths formed between the tubular bodies. By means of such a countercurrent principle is achieved that there is always a temperature gradient between gas and fluid. This ensures that heat exchange takes place between the gas and the fluid over the entire gas or fluid paths. This leads to a particularly high efficiency of the heat exchanger. In the present case, the term "gas throughflow direction" is understood to mean the direction along which the gas flows through the heat exchanger while it thermally interacts with the fluid.And it is understood that a portion of the gas flowing through the heat exchanger also extends in one direction in sections This may be the case, for example, when flow vortices are formed in the gas flow, ie the gas flow direction is a main flow direction of the gas flowing through the heat exchanger, which can vary locally applies to the fluid flowing through the tubular body. Essential to the invention is a plurality of connection paths, which in each case fluidly connect at least two tube bodies which are adjacent in the stacking direction.
In einer bevorzugten Ausführungsform besitzt der Wärmetauscher wenigstens einen Fluideinlass zum Verteilen des Fluid auf die Fluidpfade und wenigstens einen Fluidauslass zum Ausleiten des Fluids aus dem Wärmetauscher nach dem Durchströmen der Fluidpfade. In dieser Ausführungsform ist der Wärmetauscher entlang der Stapelrichtung von einem ersten Rohrkörper und einem dem ersten Rohrkörper in Stapelrichtung gegenüberliegenden, zweiten Rohrkörper begrenzt. Der erste Rohrkörper weist einen fluidisch mit dem Fluideinlass verbundenen ersten Fluidverteiler und einen fluidisch mit dem Fluidauslass verbundenen ersten Fluidsammler auf. Entsprechend weist der zweite Rohrkörper einen fluidisch mit dem Fluideinlass verbundenen zweiten Fluidverteiler und einen fluidisch mit dem Fluidauslass verbundenen zweiten Fluidsammler auf. Der erste Fluidverteiler kann mittels einer am ersten Rohrkörper ausgeformten Trennwand fluidisch vom ersten Fluidsammler getrennt sein. Der zweite Fluidverteiler kann mittels einer am zweiten Rohrkörper ausgeformten zweiten Trennwand fluidisch vom zweiten Fluidsammler getrennt sein. Mit Hilfe der beiden Fluidverteiler kann das dem Wärmetauscher über den Fluideinlass zugeführte Fluid ohne aufwändige Zuleitungen gleichmäßig auf die einzelnen Rohrkörper verteilt werden. Mittels der beiden Fluidsammler kann das Fluid nach dem Durchströmen der Rohrkörper und dem dort erfolgten Wärmeaustausch mit dem Gas unmittelbar gesammelt und aus dem Wärmetauscher abgeleitet werden, ohne dass hierfür zusätzliche Ableitungen erforderlich wären. In a preferred embodiment, the heat exchanger has at least one fluid inlet for distributing the fluid to the fluid paths and at least one fluid outlet for discharging the fluid from the heat exchanger after flowing through the fluid paths. In this embodiment, the heat exchanger is delimited along the stacking direction by a first tubular body and a second tubular body opposite the first tubular body in the stacking direction. The first tubular body has a first fluid distributor which is fluidically connected to the fluid inlet and a first fluid collector which is fluidically connected to the fluid outlet. Accordingly, the second tubular body has a second fluid distributor which is fluidically connected to the fluid inlet and a second fluid collector which is fluidically connected to the fluid outlet. The first fluid distributor can be fluidly separated from the first fluid collector by means of a partition wall formed on the first tubular body. The second fluid distributor can be fluidly separated from the second fluid collector by means of a second partition wall formed on the second tubular body. With the aid of the two fluid distributors, the fluid supplied to the heat exchanger via the fluid inlet can be uniformly distributed to the individual tubular bodies without expensive supply lines. By means of the two fluid collectors, the fluid can be collected directly after passing through the tubular body and the heat exchange there with the gas and discharged from the heat exchanger, without the need for additional discharges would be required.
Besonders zweckmäßig sind der Fluideinlass und der Fluidauslass in einer den Wärmetauscher in der Rohrkörper-Erstreckungsrichtung begrenzenden, gemeinsamen Gehäusewand angeordnet. In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind genau zwei Fluideinlässe vorhanden, die in der Gehäusewand an bezüglich der Stapelrichtung gegenüberliegenden Wand-Enden vorhanden sind. In dieser Variante sind auch genau zwei Fluidauslässe vorhanden. Diese sind die in der Gehäusewand an bezüglich der Stapelrichtung gegenüberliegenden Wand-Enden angeordnet. Particularly expediently, the fluid inlet and the fluid outlet are arranged in a common housing wall delimiting the heat exchanger in the pipe body extension direction. In an advantageous development of the invention exactly two fluid inlets are present, which are present in the housing wall at opposite to the stacking direction wall ends. In this variant, exactly two fluid outlets are available. These are arranged in the housing wall with respect to the stacking direction opposite wall ends.
Ein besonders gleichmäßige räumliche Verteilung des Fluids auf die einzelnen Rohrkörper des Wärmetauschers und ein damit verbundener, besonders homogener Wärmetausch zwischen Fluid und Gas wird erzielt, wenn wenigstens ein Verbindungspfad alle im Wärmetauscher vorhandenen Rohrkörper fluidisch miteinander verbindet. Besonders bevorzugt kann diese Maßnahme für alle im Wärmetauscher vorhandenen Fluidpfade realisiert werden. A particularly uniform spatial distribution of the fluid to the individual tubular body of the heat exchanger and a related, particularly homogeneous heat exchange between fluid and gas is achieved when at least one connection path fluidly interconnects all existing in the heat exchanger tubular body. Particularly preferably, this measure can be realized for all existing in the heat exchanger fluid paths.
Besonders zweckmäßig, weil konstruktiv besonders einfach zu realisieren, können die Verbindungspfade als sich entlang der Stapelrichtung erstreckende Ver- bindungs-Rohrkörper mit jeweils einer ersten Rohrmündung und einer der ersten Rohrmündung gegenüberliegenden, zweiten Rohrmündung ausgebildet sein. Particularly expedient, because structurally particularly simple to implement, the connection paths can be formed as connecting tube bodies extending along the stacking direction, each having a first pipe mouth and a second pipe mouth opposite the first pipe mouth.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform verlaufen die Rohrkörper- Erstreckungsrichtung entlang einer Längsrichtung der Rohrkörper und die Gas- Durchströmungsrichtung orthogonal dazu entlang einer Querrichtung der Rohrkörper. Dabei sind die Verbindungs-Rohrkörper an zwei in Gas- Durchströmungsrichtung gegenüberliegenden Quer-Enden der Rohrkörper angeordnet. Vorzugsweise ist die Längsrichtung durch eine Längsseite der Rohrkörper und die Querrichtung durch eine Querseite der Rohrkörper definiert. In another preferred embodiment, the tubular body extending direction along a longitudinal direction of the tubular body and the gas flow direction orthogonal thereto along a transverse direction of the tubular body. In this case, the connecting pipe body are arranged at two opposite in gas flow direction transverse ends of the tubular body. Preferably, the longitudinal direction is defined by a longitudinal side of the tubular body and the transverse direction by a transverse side of the tubular body.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist in wenigstens einem Rohrkörper an einer diesen Rohrkörper in Stapelrichtung begrenzenden Rohrkörper- Wand eine Mehrzahl von Turbulenzerzeugungselementen ausgeformt. Die Turbulenzerzeugungselemente stehen dabei von dieser Rohrkörper-Wand in den vom Rohrkörper begrenzten Fluidpfad hinein ab. Mittels der Turbulenzerzeugungselemente können in dem durch die Fluidpfade strömenden Fluid turbulente Strömungen erzeugt werden, die einen verbesserten Wärmeaustausch des Fluids mit dem durch die Gaspfade strömenden Gas bewirken. Besonders bevorzugt sind daher alle Rohrkörper des Wärmetauschers mit solchen Turbulenzerzeugungselementen versehen. In a further preferred embodiment, in at least one tubular body on a tube body which limits this tubular body in the stacking direction Wall formed a plurality of turbulence generating elements. In this case, the turbulence-generating elements project from this tubular body wall into the fluid path delimited by the tubular body. By means of the turbulence generating elements turbulent flows can be generated in the fluid flowing through the fluid paths, which effects an improved heat exchange of the fluid with the gas flowing through the gas paths. Therefore, all tubular bodies of the heat exchanger are particularly preferably provided with such turbulence generation elements.
Besonders ausgeprägte turbulente Strömungen können in dem Fluid über den gesamten Rohrkörper hinweg erzeugt werden, wenn die Mehrzahl von Turbulenzerzeugungselementen bezüglich einer Draufsicht auf die Rohrkörper-Wand in der Stapelrichtung rasterartig mit einer Mehrzahl von Rasterzeilen angeordnet ist. In diesem Szenario umfasst jede Rasterzeile wenigstens zwei Turbulenzerzeugungselemente und erstreckt sich entlang der Gas-Durchströmungsrichtung. Dabei sind wenigstens zwei Rasterzeilen in der Rohrkörper-Erstreckungsrichtung benachbart und im Abstand zueinander angeordnet. Particularly pronounced turbulent flows may be generated in the fluid throughout the tube body when the plurality of turbulence generating elements are arranged in a raster-like manner with a plurality of raster lines with respect to a plan view of the tube body wall in the stacking direction. In this scenario, each raster line includes at least two turbulence generating elements and extends along the gas flow direction. At least two raster lines in the tube body extension direction are adjacent and spaced from one another.
Besonders bevorzugt sind die Turbulenzerzeugungselemente zweier in der Rohr- körper-Erstreckungsrichtung benachbarter Rasterzeilen in der Gas- Durchströmungsrichtung versetzt zueinander angeordnet. Auf diese Weise wird erreicht, dass das Fluid beim Durchströmen der Rohrkörper auf wenigstens ein Turbulenzerzeugungselement trifft, bevor es diese wieder verlässt. Particularly preferably, the turbulence-generating elements of two adjacent in the tube body extension direction raster lines in the gas flow direction are offset from one another. In this way it is achieved that the fluid when flowing through the tubular body meets at least one turbulence generating element before it leaves again.
Besonders ausgeprägte Turbulenzeffekte in dem durch die Rohrkörper strömenden Fluid können erzeugt werden, wenn die Turbulenzerzeugungselemente in der Draufsicht auf die Rohrkörper-Wand in der Stapelrichtung mit einer gekrümmten Geometrie versehen sind. Besonders bevorzugt sind die Verbindungspfade entlang der Rohr- Erstreckungsrichtung, insbesondere der Längsrichtung, der Rohrkörper im Abstand zueinander, insbesondere im Wesentlichen äquidistant, angeordnet. Bei dieser Ausführungsform ist wenigstens ein (erster) Verbindungspfad an einem ersten Quer-Ende der Rohrköper angeordnet. Entsprechend ist wenigstens ein (zweiter) Verbindungspfad an einem zweiten Quer-Ende angeordnet. Das zweite Quer-Ende liegt dabei dem ersten Quer-Ende in der Gas-Durchströmungsrichtung der Rohrkörper, insbesondere in der Querrichtung der Rohrkörper, gegenüber. Particularly pronounced turbulence effects in the fluid flowing through the tubular bodies can be produced if the turbulence-generating elements are provided with a curved geometry in the plan view of the tubular body wall in the stacking direction. Particularly preferably, the connection paths along the tube extension direction, in particular the longitudinal direction, the tubular body at a distance from each other, in particular substantially equidistant, arranged. In this embodiment, at least one (first) connection path is arranged at a first transverse end of the tubular body. Accordingly, at least one (second) connection path is arranged at a second transverse end. The second transverse end lies opposite the first transverse end in the gas flow direction of the tubular body, in particular in the transverse direction of the tubular body.
Besonders bevorzugt sind alle Verbindungspfade entweder am ersten Quer-Ende oder am zweiten Quer-Ende vorhanden. Auf diese Weise kann das Fluid gleichmäßig entlang der Rohr-Erstreckungsrichtung hinweg am ersten Quer-Ende in die Rohrkörper eingeleitet und an dem dem ersten Quer-Ende gegenüberliegenden zweiten Quer-Ende wieder aus den Rohrkörpern ausgeleitet werden. Particularly preferably, all connection paths are present either at the first transverse end or at the second transverse end. In this way, the fluid can be uniformly introduced along the tube extension direction at the first transverse end into the tube body and discharged at the second transverse end opposite the first transverse end again from the tube bodies.
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist eine erste Anzahl an ersten Verbindungspfaden an dem ersten Quer-Ende angeordnet. Entsprechend ist eine zweite Anzahl an zweiten Verbindungspfaden an dem zweiten Quer-Ende angeordnet. In dieser Ausführungsform entspricht die erste Anzahl an Verbindungspfaden im Wesentlichen, vorzugsweise genau, der zweiten Anzahl an Verbindungspfaden. Auf diese Weise kann eine besonders gleichmäßige Durchströmung der Rohrkörper erreicht werden. In an advantageous development, a first number of first connection paths are arranged at the first transverse end. Accordingly, a second number of second connection paths are arranged at the second transverse end. In this embodiment, the first number of connection paths substantially, preferably exactly, corresponds to the second number of connection paths. In this way, a particularly uniform flow through the tubular body can be achieved.
Ein Wärmetauscher mit den vorangehend erläuterten, erfindungsgemäßen Merkmalen - einschließlich der vorangestellten optionalen Merkmale - kann besonders einfach und mit besonders geringen Herstellungskosten in Serienfertigung durch Verwendung eines additiven Herstellungsverfahrens hergestellt werden. Vom dem Begriff "additives Herstellungsverfahren" sind vorliegend alle Herstellungsverfahren umfasst, welche das Bauteil unmittelbar aus einem Computermo- dell heraus schichtweise erzeugen. Derartige Herstellungsverfahren sind auch unter der Bezeichnung "Rapid Forming" bekannt. Unter dem Begriff "Rapid For- ming" werden insbesondere Produktionsverfahren zur schnellen und flexiblen Herstellung von Bauteilen mittels werkzeugloser Fertigung direkt aus CAD-Daten verstanden. Die Verwendung eines additiven Herstellungsverfahrens ermöglicht auf einfache und flexible Weise die Herstellung des erfindungsgemäßen Wärmetauschers. Insbesondere gilt dies für die Herstellung der Rohrkörper und der diese fluidisch verbindende Verbindungs-Rohrkörper. Denn die Verwendung eines additiven Herstellungsverfahrens erlaubt es, die einzelnen Komponenten des Wärmetauschers wie etwa Rohrkörper, Verbindungs-Rohrkörper, Rippenstruktur, Fluidverteiler und Fluidsammler etc. direkt als CAD-Modell zu definieren und aus einem solchen CAD-Modell heraus direkt zu fertigen. A heat exchanger with the above-described features according to the invention - including the preceding optional features - can be produced in a particularly simple manner and with particularly low production costs in series production by using an additive manufacturing method. In the present case, the term "additive production process" encompasses all production processes which produce the component directly from a computer mouse. dell out layer by layer. Such production processes are also known by the name "rapid forming". The term "Rapid Forming" is understood to mean, in particular, production processes for the rapid and flexible production of components by means of tool-free production directly from CAD data. The use of an additive manufacturing method allows the production of the heat exchanger according to the invention in a simple and flexible manner. In particular, this applies to the production of the tubular body and the fluidically connecting connecting tubular body. Because the use of an additive manufacturing process makes it possible to define the individual components of the heat exchanger such as pipe body, connecting pipe body, rib structure, fluid manifold and fluid collector, etc. directly as a CAD model and to manufacture directly from such a CAD model.
Bevorzugt kann das additive Herstellungsverfahren Laserschmelzen umfassen. Dies bedeutet, dass zum Herstellen des Wärmetauschers ein Laserschmelzverfahren verwendet wird. Mittels eines solchen Verfahrens kann der Wärmetauscher direkt aus 3D-CAD-Daten hergestellt werden. Grundsätzlich wird der Wärmetauscher beim Laserschmelzen werkzeuglos und schichtweise auf Basis des dem Wärmetauscher zugeordneten dreidimensionalen CAD-Modells gefertigt. Preferably, the additive manufacturing process may include laser melting. This means that a laser melting process is used to manufacture the heat exchanger. By means of such a method, the heat exchanger can be produced directly from 3D CAD data. Basically, the heat exchanger during the laser melting tool-free and layered based on the three-dimensional CAD model associated with the heat exchanger.
Vorzugsweise kann der Wärmetauscher einstückig ausgebildet sein. Eine solche, einstückige Ausbildung bildet sich insbesondere bei Verwendung des vorangehend vorgestellten additiven Herstellungsverfahrens, insbesondere des Laserschmelzens, an. Bei einer einstückigen Ausbildung des Wärmetauschers entfällt das sehr aufwändige und somit kostenintensive Befestigen der einzelnen Komponenten des Wärmetauschers aneinander. Insbesondere kann das stoffschlüssige Befestigen der einzelnen Verbindungs-Rohrkörper an den Rohrkörpern entfallen. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Abwärmenutzungseinrichtung mit einem vorangehend vorgestellten Wärmetauscher. Preferably, the heat exchanger may be integrally formed. Such a one-piece design is formed in particular when using the above-proposed additive manufacturing process, in particular laser melting. In a one-piece design of the heat exchanger eliminates the very costly and therefore costly attaching the individual components of the heat exchanger together. In particular, the cohesive fastening of the individual connecting tubular body to the tubular bodies can be omitted. The invention further relates to a waste heat utilization device with a previously presented heat exchanger.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen. Other important features and advantages of the invention will become apparent from the dependent claims, from the drawings and from the associated figure description with reference to the drawings.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the particular combination given, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the present invention.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen. Preferred embodiments of the invention are illustrated in the drawings and will be described in more detail in the following description, wherein like reference numerals refer to the same or similar or functionally identical components.
Es zeigen, jeweils schematisch It show, each schematically
Fig. 1 ein Beispiel eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers in einer perspektivischen Darstellung, 1 shows an example of a heat exchanger according to the invention in a perspective view,
Fig. 2,3 eine vergrößerte Teildarstellungen des Wärmetauschers der Figur 1 . FIG. 2.3 is an enlarged fragmentary view of the heat exchanger of FIG. 1. FIG.
Figur 1 zeigt in einer perspektivischen Darstellung ein Beispiel eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers 1 . Nachfolgend wird davon ausgegangen, dass dieser als Ladeluftkühler Verwendung findet. Es versteht sich, dass der Wärmetauscher 1 aber auch als Kühlmittelkühler verwendet werden kann. Der Wärmetaucher 1 umfasst eine Mehrzahl von Fluidpfaden 2 zum Durchströmen mit einem Fluid, beispielsweise einem Kühlmittel. Jeder Fluidpfad 2 ist wenigstens teilweise von einem Rohrkörper 3 begrenzt. Die Rohrkörper 3 erstrecken sich entlang einer Rohr-Erstreckungsrichtung E und sind entlang einer Stapelrichtung S stapelartig aufeinander angeordnet. Durch einen Zwischenraum 4, welcher zwischen zwei in Stapelrichtung S benachbarten Rohrkörpern 3 vorhanden ist, ist jeweils ein Gaspfad 5 zum Durchströmen mit einem Gas, beispielsweise Luft, entlang einer Gas- Durchströmungsrichtung G ausgebildet. FIG. 1 shows a perspective illustration of an example of a heat exchanger 1 according to the invention. Below it is assumed that this is used as intercooler. It is understood that the heat exchanger 1 but can also be used as a coolant cooler. The heat exchanger 1 comprises a plurality of fluid paths 2 for flowing through a fluid, for example a coolant. Each fluid path 2 is at least partially bounded by a tubular body 3. The tubular bodies 3 extend along a tube extension direction E and are stacked along a stacking direction S. Through a gap 4, which is present between two adjacent in the stacking direction S tubular bodies 3, a respective gas path 5 for flowing through a gas, for example air, along a gas flow direction G is formed.
In jedem Zwischenraum 4 kann eine Rippenstruktur 24 vorgesehen, also vorhanden sein. An der Rippenstruktur 24 stützen sich in Stapelrichtung S benachbarte Rohrkörper 3 ab. Mittels der Rippenstrukturen 24 wird die effektive, für den Wärmeaustausch zur Verfügung stehende Wechselwirkungsfläche der Rohrkörper 3 vergrößert. Dies führt zu einer weiteren Verbesserung der Effizienz des Wärmetauschers 1 . Wie Figur 1 erkennen lässt, sind die Zwischenräume 4 zum Ein- und Ausleiten des Gases an entlang der Gas-Durchströmungsrichtung G gegenüberliegenden Enden des Wärmetauschers 1 offen ausgebildet. Durch diese Öffnungen kann das Gas in die Zwischenräume 4 bzw. Gaspfade 5 ein- und wieder ausgeleitet werden. In each space 4, a rib structure 24 may be provided, so be present. At the rib structure 24 adjacent tubular body 3 are based in the stacking direction S. By means of the rib structures 24, the effective, available for the heat exchange interaction surface of the tubular body 3 is increased. This leads to a further improvement in the efficiency of the heat exchanger 1. As can be seen from FIG. 1, the spaces 4 for introducing and removing the gas are designed to be open at opposite ends of the heat exchanger 1 along the gas flow direction G. Through these openings, the gas in the interstices 4 and 5 gas paths are switched on and discharged again.
Die Rohrkörper-Erstreckungsrichtung E kann einer Längsrichtung L der Rohrkörper 3 entsprechen, die durch eine Längsseite 17 der Rohrkörper 3 - definiert in einem Schnitt senkrecht zur Stapelrichtung S der Rohrkörper 3 - festgelegt ist. Die Gas-Durchströmungsrichtung G, die Rohrkörper-Erstreckungsrichtung E und die Stapelrichtung S verlaufen im Beispielszenario jeweils orthogonal zueinander. The tubular body extension direction E may correspond to a longitudinal direction L of the tubular body 3, which is defined by a longitudinal side 17 of the tubular body 3 - defined in a section perpendicular to the stacking direction S of the tubular body 3. The gas flow direction G, the tube body extension direction E and the stacking direction S in the example scenario each extend orthogonal to one another.
Erfindungswesentlich ist eine Mehrzahl von Verbindungspfaden 6, welche jeweils wenigstens zwei in Stapelrichtung benachbarte Rohrkörper 3 fluidisch miteinan- der verbinden. Im Beispielszenario der Figuren verbindet ein jeder der Verbindungspfade 6 jeweils alle Rohrkörper 3 miteinander. Essential to the invention is a plurality of connection paths 6, which each fluidically miteinan at least two adjacent in the stacking direction tubular body 3 the connect. In the example scenario of the figures, each of the connection paths 6 connects each tube body 3 with each other.
Die Figur 2 zeigt einen bezüglich der Stapelrichtung S unteren Teil des Wärmetauschers 1 der Figur 1 in einer Teilansicht. Wie die Figur 2 erkennen lässt, sind die Verbindungspfade 6 als sich entlang der Stapelrichtung S erstreckende Ver- bindungs-Rohrkörper 10 realisiert, die jeweils eine erste Rohrmündung 7a und einer der ersten Rohrmündung 7a gegenüberliegende, zweite Rohrmündung 7b aufweisen können. Dabei sind die Verbindungs-Rohrkörper 10 an zwei in der Gas-Durchströmungsrichtung G, also der Querrichtung Q, gegenüberliegenden Quer-Enden 16a, 16b der Rohrkörper 3 angeordnet. Die Gas- Durchströmungsrichtung G entspricht im Beispiel einer Querrichtung Q der Rohrkörper 3, definiert in einem Schnitt der Rohrkörper 3 senkrecht zur Stapelrichtung S. Die Querrichtung Q wird wiederum durch eine Querseite 18 der Rohrkörper 3 festgelegt und verläuft im Beispiel senkrecht zur Längsrichtung L. FIG. 2 shows a lower part of the heat exchanger 1 of FIG. 1 with respect to the stacking direction S in a partial view. As can be seen from FIG. 2, the connecting paths 6 are realized as connection tube bodies 10 extending along the stacking direction S, each of which can have a first tube mouth 7a and a second tube mouth 7b opposite the first tube mouth 7a. In this case, the connecting pipe bodies 10 are arranged at two transverse ends 16a, 16b of the tubular body 3 which are located in the gas flow direction G, ie the transverse direction Q, opposite the transverse direction. The gas flow direction G corresponds in the example of a transverse direction Q of the tubular body 3, defined in a section of the tubular body 3 perpendicular to the stacking direction S. The transverse direction Q is in turn defined by a transverse side 18 of the tubular body 3 and extends in the example perpendicular to the longitudinal direction L.
Weiterhin besitzt der Wärmetauscher 1 wenigstens einen Fluideinlass 8 zum Verteilen des Fluid auf die Fluidpfade 2 bzw. Rohrkörper 3 und wenigstens einen Flu- idauslass 9 zum Ausleiten des Fluids aus dem Wärmetauscher 1 nach dem Durchströmen der Fluidpfade 2. Im Beispielszenario sind zwei Fluideinlässe 8 und zwei Fluidauslässe 9 vorgesehen. Der Wärmetauscher 1 wird entlang der Stapelrichtung S von einem ersten Rohrkörper 3a und einem dem ersten Rohrkörper 3b in Stapelrichtung S gegenüberliegenden, zweiten Rohrkörper 3b begrenzt. Der erste Rohrkörper 3a weist einen fluidisch mit dem Fluideinlass 8 verbundenen ersten Fluidverteiler 1 1 a und einen fluidisch mit dem Fluidauslass 9 verbundenen ersten Fluidsammler 12a auf. Entsprechend weist der zweite Rohrkörper 3b einen fluidisch mit dem Fluideinlass 8 verbundenen zweiten Fluidverteiler 1 1 b und einen fluidisch mit dem Fluidauslass 9 verbundenen zweiten Fluidsammler 12b auf. Der erste Fluidverteiler 1 1 a ist mittels einer am ersten Rohrkörper 3a ausgeformten Trennwand 13a fluidisch vom ersten Fluidsammler 12a getrennt. Der zweite Fluidverteiler 1 1 b ist mittels einer am zweiten Rohrkörper 3b ausgeformten zweiten Trennwand 13b fluidisch vom zweiten Fluidsammler 12b getrennt. Die beiden, in der Darstellung der Figuren 1 und 2 eigentlich nicht sichtbaren Trennwände 13a, 13b sind in diesen Figuren zur Verdeutlichung in gestrichelter Darstellung angedeutet. Furthermore, the heat exchanger 1 has at least one fluid inlet 8 for distributing the fluid to the fluid paths 2 or tubular body 3 and at least one fluid outlet 9 for discharging the fluid from the heat exchanger 1 after flowing through the fluid paths 2. In the example scenario, two fluid inlets 8 and two fluid outlets 9 are provided. The heat exchanger 1 is bounded along the stacking direction S by a first tubular body 3a and a second tubular body 3b opposite the first tubular body 3b in the stacking direction S. The first tubular body 3a has a first fluid distributor 11a connected fluidically to the fluid inlet 8 and a first fluid collector 12a fluidically connected to the fluid outlet 9. Correspondingly, the second tubular body 3b has a second fluid distributor 11b which is fluidically connected to the fluid inlet 8 and a second fluid collector 12b which is fluidically connected to the fluid outlet 9. The first fluid distributor 11a is formed by means of a first tube body 3a Partition 13a fluidly separated from the first fluid collector 12a. The second fluid distributor 11b is fluidically separated from the second fluid collector 12b by means of a second partition wall 13b formed on the second tubular body 3b. The two dividing walls 13a, 13b, which are not actually visible in the illustration of FIGS. 1 and 2, are indicated in these figures for clarity in a dashed representation.
Mit Hilfe der beiden Fluidverteiler 1 1 a, 1 1 b kann das dem Wärmetauscher 1 über den Fluideinlass 8 zugeführte Fluid ohne aufwändige Zuleitungen gleichmäßig auf die einzelnen Rohrkörper 3 verteilt werden. Die Verteilung des Fluids auf die einzelnen Rohrkörper 3 geschieht mit Hilfe der sich in Stapelrichtung S erstreckenden Verbindungspfade 6 bzw. Verbindungs-Rohrkörper 10. Mittels der beiden Fluidsammler 12a, 12b kann das Fluid nach dem Durchströmen der Rohrkörper 3 und dem dort erfolgten Wärmeaustausch mit dem Gas - ohne dass ein aufwändiges Ableitungssystem erforderlich wäre - direkt aus den Rohrkörpern 3 gesammelt und aus dem Wärmetauscher abgeleitet 1 werden. Auch das Sammeln des Fluids aus den Rohrkörpern 3 erfolgt mit Hilfe der Verbindungspfade 6. Das Fluid strömt somit innerhalb eines Rohrkörpers 3 in entgegengesetzter Richtung zur Gas-Durchströmungsrichtung G durch die einzelnen Rohrkörper 3 (vgl. Pfeile 22 in Figur 2), d.h. das Gas G strömt im Wesentlichen unter einem 180°-Winkel relativ zum Fluid durch die Zwischenräume 4 bzw. durch die Gaspfade 5. Mittels eines solchen Gegenstromprinzips kann erreicht werden, dass immer ein Temperaturgefälle zwischen dem Fluid und dem zu kühlenden Gas besteht. Somit ist sichergestellt, dass über die gesamten Gas- bzw. Fluidpfade 5, 2 hinweg auch ein Wärmeaustausch zwischen dem Gas und dem Fluid stattfindet. Dies führt zu einer besonders hohen Effizienz des Wärmetauschers 1 . With the aid of the two fluid distributors 11a, 11b, the fluid supplied to the heat exchanger 1 via the fluid inlet 8 can be evenly distributed to the individual tubular bodies 3 without expensive supply lines. The distribution of the fluid to the individual tubular body 3 is done by means of extending in the stacking direction S connecting paths 6 and connecting pipe body 10. By means of the two fluid accumulators 12a, 12b, the fluid after flowing through the tubular body 3 and there heat exchange with the Gas - without a complex discharge system would be required - collected directly from the tubular bodies 3 and derived from the heat exchanger 1. Also, the collection of the fluid from the tubular bodies 3 takes place with the aid of the connecting paths 6. The fluid thus flows within a tubular body 3 in the opposite direction to the gas flow direction G through the individual tubular bodies 3 (see arrows 22 in Figure 2), i. The gas G flows substantially at a 180 ° angle relative to the fluid through the interspaces 4 or through the gas paths 5. By means of such a countercurrent principle can be achieved that there is always a temperature gradient between the fluid and the gas to be cooled. This ensures that heat exchange between the gas and the fluid also takes place over the entire gas or fluid paths 5, 2. This leads to a particularly high efficiency of the heat exchanger 1.
Unter„Gas-Durchströmungsrichtung" wird vorliegend dabei diejenige Richtung verstanden, entlang welcher das Gas durch die Gaspfade 5 des Wärmetauschers 1 strömt, während es mit dem Fluid in thermische Wechselwirkung tritt. Es versteht sich, dass ein Teil des durch den Wärmetauscher 1 strömenden Gases abschnittsweise auch in eine Richtung strömen kann, die von der Gas- Durchströmungsrichtung G abweicht. Dies kann etwa der Fall sein, wenn sich im Gasstrom Strömungswirbel ausbilden. Bei der Gas-Durchströmungsrichtung G handelt es sich also um eine Hauptströmungsrichtung des durch den Wärmetauscher strömenden Gases, die lokal variieren kann. Gleiches gilt mutatis mutandis für das den Wärmetauscher durchströmende Fluid. In the present case, "gas throughflow direction" is understood to mean the direction along which the gas passes through the gas paths 5 of the heat exchanger 1 flows while it is in thermal interaction with the fluid. It is understood that a portion of the gas flowing through the heat exchanger 1 can also flow in sections in a direction which deviates from the gas flow direction G. This may be the case, for example, when flow vortices form in the gas flow. In the gas flow direction G is thus a main flow direction of the gas flowing through the heat exchanger, which can vary locally. The same applies mutatis mutandis for the fluid flowing through the heat exchanger.
Besonders zweckmäßig sind der Fluideinlass 8 und der Fluidauslass 9 in einer den Wärmetauscher 1 in der Rohrkörper-Erstreckungsrichtung E begrenzenden Gehäusewand 14 angeordnet. Der Darstellung der Figur 1 entnimmt man, dass der Wärmetauscher 1 nicht nur einen einzigen, sondern zwei Fluideinlässe 8 aufweisen kann, die in der Gehäusewand 14 an bezüglich der Stapelrichtung S gegenüberliegenden Wand-Enden 15a, 15b vorgesehen sind. Entsprechend sind sind auch zwei Fluidauslässe 9 vorhanden. Diese sind wie in Figur 1 gezeigt in der Gehäusewand 14 an bezüglich der Stapelrichtung S gegenüberliegenden Wand-Enden 15a, 15b angeordnet. Particularly expediently, the fluid inlet 8 and the fluid outlet 9 are arranged in a housing wall 14 delimiting the heat exchanger 1 in the direction of the tube body extension E. 1 shows that the heat exchanger 1 can have not only a single but two fluid inlets 8, which are provided in the housing wall 14 with respect to the stacking direction S opposite wall ends 15a, 15b. Accordingly, two fluid outlets 9 are also present. These are arranged as shown in Figure 1 in the housing wall 14 with respect to the stacking direction S opposite wall ends 15a, 15b.
Bevorzugt sind die Verbindungspfade 6 entlang der Rohrkörper- Erstreckungsrichtung E bzw. Längsrichtung L der Rohrkörper 3 im Abstand zueinander angeordnet. Insbesondere kann die Anordnung wie in den Figuren 1 undPreferably, the connection paths 6 are arranged at a distance from one another along the tube body extension direction E or the longitudinal direction L of the tube body 3. In particular, the arrangement as in Figures 1 and
2 gezeigt mit jeweils äquidistantem Abstand a entlang der Rohrkörper- Erstreckungsrichtung E bzw. Längsrichtung L benachbarter Verbindungspfade 6 bzw. Verbindungs-Rohrkörper 10 erfolgen. Man erkennt, dass die Verbindungspfade 6 bzw. die Verbindungs-Rohrkörper 10 entweder an einem bezüglich der Querrichtung Q - und somit auch der Gas-Durchströmungsrichtung G - ersten Quer-Ende 16a der Rohrköper 3 oder einem dem ersten Quer-Ende 16a in Querrichtung Q bzw. Gas-Durchströmungsrichtung G gegenüberliegenden zweiten Quer-Ende 16b angeordnet. Die am ersten Quer-Ende 16a angeordneten Verbindungspfade 6 werden im Folgenden als„erste Verbindungspfade" 6 bezeichnet, die am zweiten Quer-Ende 16b angeordneten Verbindungspfade als„zweite Verbindungspfade" 6. Im Beispielszenario der Figuren besitzt der Wärmetauscher 1 dieselbe Anzahl an ersten und zweiten Verbindungspfaden 6. Die am ersten Quer-Ende 16a angeordneten Verbindungs-Rohrkorper 10 münden mit ihren ersten Rohrmündungen 7a im ersten Fluidverteiler 1 1 a und mit ihren zweiten Rohrmündungen 7b im zweiten Fluidverteiler 1 1 b. Entsprechend münden die am zweiten Quer-Ende 16b angeordneten Verbindungs-Rohrkorper 10 mit ihren ersten Rohrmündungen 7a im ersten Fluidsammler 12a und mit ihren zweiten Rohrmündungen 7b im zweiten Fluidsammler 12b. Um die Verbindungs-Rohrkorper 10 auch fluidisch mit den einzelnen Rohrkörpern 3 zu verbinden, so dass das Fluid aus den Verbindungs-Rohrkörpern 10 in die Rohrkörper 3 ein- bzw. austreten kann, können in den Verbindungs-Rohrkörpern 10 Durchbrüche ausgebildet sein (nicht gezeigt). Alternativ dazu können die Verbindungs-Rohrkorper 10 im Bereich der Rohrkörper 3 unterbrochen sein. Letztere Variante bietet sich insbesondere an, wenn der Wärmtauscher 1 einstückig ausgebildet ist, wie dies bei einer Herstellung des Wärmetauschers 1 unter Verwendung eines additiven Herstellungsverfahrens zutreffen mag. 2 with equidistant spacing a along the tube body extension direction E or longitudinal direction L of adjacent connection paths 6 or connecting tube body 10. It can be seen that the connecting paths 6 or the connecting tube bodies 10 either at a transverse end Qa, and thus also the gas flow direction G, of the first transverse end 16a of the tube body 3 or in the transverse direction Qa first transverse end 16a or gas flow direction G opposite second Transverse end 16b arranged. The connecting paths 6 arranged at the first transverse end 16a are referred to below as "first connecting paths" 6, the connecting paths arranged at the second transverse end 16b as "second connecting paths" 6. In the example scenario of the figures, the heat exchanger 1 has the same number of first and Second connection paths 6. The arranged at the first transverse end 16a connecting Rohrkorper 10 open with their first pipe mouths 7a in the first fluid manifold 1 1 a and with their second pipe mouths 7b in the second fluid manifold 1 1 b. Correspondingly, the connecting tube bodies 10 arranged at the second transverse end 16b open with their first tube openings 7a in the first fluid collector 12a and with their second tube openings 7b in the second fluid collector 12b. In order to connect the connecting tube body 10 also fluidly with the individual tubular bodies 3, so that the fluid from the connecting tubular bodies 10 in the tubular body 3 on or can escape, 10 breakthroughs can be formed in the connecting tubular bodies (not shown ). Alternatively, the connecting Rohrkorper 10 may be interrupted in the region of the tubular body 3. The latter variant is particularly useful when the heat exchanger 1 is formed in one piece, as may be true in a production of the heat exchanger 1 using an additive manufacturing process.
Die Figur 3 zeigt ähnlich der Figur 2 eine Teilansicht der Figur 1 , unterscheidet sich jedoch von Figur 2 darin, dass der Wärmetauscher 1 in der Teilansicht der Figur 3 gegenüber der Figur 1 innerhalb eines Rohrkörpers 3„abgeschnitten" dargestellt ist. Somit wird das Innere eines Rohrkörpers 3 - in Figur 3 zusätzlich mit dem Bezugszeichen 3' bezeichnet - erkennbar. Man erkennt, dass im einem Rohrkörper 3' an einer diesen Rohrkörper 3' in Stapelrichtung S begrenzenden Rohrkörper-Wand 19 eine Mehrzahl von Turbulenzerzeugungselementen 20 ausgeformt ist. Solche Turbulenzerzeugungselemente 20 können auch in allen anderen Rohrkörpern 3 mit Ausnahme des ersten und zweiten Rohrkörpers 3a, 3b vor- handen sein. Die Turbulenzerzeugungselemente 20 stehen von dieser Rohrkörper-Wand 19 in den vom Rohrkörper begrenzten Fluidpfad 2 hinein ab. Mittels der Turbulenzerzeugungselemente 20 werden in dem durch die Fluidpfade 2 strömenden Fluid turbulente Strömungen erzeugt. Diese bewirken einen verbesserten Wärmeaustausch des Fluids mit dem durch die Gaspfade 5 strömenden Gas. 2 shows a partial view of Figure 1, but differs from Figure 2 in that the heat exchanger 1 is shown in the partial view of Figure 3 with respect to Figure 1 "cut off" within a tubular body 3. Thus, the interior It can be seen that a plurality of turbulence-generating elements 20 are formed in a tubular body 3 'on a tubular body wall 19 bordering this tubular body 3' in the stacking direction S. Such turbulence-generating elements 20 20 can also be used in all other tubular bodies 3 with the exception of the first and second tubular body 3a, 3b be present. The turbulence generating elements 20 project from this tubular body wall 19 into the fluid path 2 bounded by the tubular body. By means of the turbulence generating elements 20, turbulent flows are generated in the fluid flowing through the fluid paths 2. These cause an improved heat exchange of the fluid with the gas flowing through the gas paths 5 gas.
Wie Figur 3 anschaulich belegt, kann die Mehrzahl von Turbulenzerzeugungselementen 20 bezüglich einer Draufsicht auf die Rohrkörper-Wand 19 der Rohrkörper 3', 3 in der Stapelrichtung S rasterartig mit einer Mehrzahl von Rasterzeilen 21 angeordnet sein. In diesem Szenario umfasst jede Rasterzeile 21 wenigstens zwei Turbulenzerzeugungselemente 20 und erstreckt sich entlang der Gas- Durchströmungsrichtung G. Dabei sind die einzelnen Rasterzeilen 21 in der Rohrkörper-Erstreckungsrichtung E benachbart und im Abstand zueinander angeordnet. Vorzugsweise sind die Turbulenzerzeugungselemente 20 zweier in der Rohrkörper-Erstreckungsrichtung E benachbarter Rasterzeilen 21 wie in Figur 3 gezeigt in der Gas-Durchströmungsrichtung G versetzt zueinander angeordnet. Auf diese Weise wird gewährleistet, dass das Fluid beim Durchströmen des jeweiligen Rohrkörpers 3, 3' zumindest auf ein Turbulenzerzeugungselement 20 trifft. Besonders ausgeprägte Turbulenzeffekte in dem durch die Rohrkörper 3 strömenden und dabei auf die Turbulenzerzeugungselemente 20 treffenden Fluid können erzeugt werden, wenn die Turbulenzerzeugungselemente 20 bezügliche einer Draufsicht auf die Rohrkörper-Wand 19 in der Stapelrichtung S eine gekrümmte geometrische Gestallt besitzen. Mittels der Turbulenzerzeugungselemente 20 wird das in entgegengesetzter Richtung zur Gas- Durchströmungsrichtung durch die Rohrkörper 3 strömende Fluid seitlich, also zur Rohrkörper-Erstreckungsrichtung E hin abgelenkt. As clearly shown in FIG. 3, the plurality of turbulence-generating elements 20 can be arranged with a plurality of raster lines 21 in a raster-like manner with respect to a plan view of the tubular body wall 19 of the tubular bodies 3 ', 3 in the stacking direction S. In this scenario, each raster line 21 comprises at least two turbulence generating elements 20 and extends along the gas flow direction G. In this case, the individual raster lines 21 in the tubular body extension direction E are adjacent and spaced from one another. Preferably, the turbulence generating elements 20 of two adjacent in the pipe body extension direction E raster lines 21 as shown in Figure 3 in the gas flow direction G offset from one another. In this way, it is ensured that the fluid when flowing through the respective tubular body 3, 3 'meets at least one turbulence generating element 20. Particularly pronounced turbulence effects in the fluid flowing through the tubular bodies 3 and impinging on the turbulence generating elements 20 can be generated when the turbulence generating elements 20 have a curved geometric shape with respect to a plan view of the tubular body wall 19 in the stacking direction S. By means of the turbulence generating elements 20, the fluid flowing in opposite direction to the direction of gas flow through the tubular body 3 is deflected laterally, ie towards the tubular body extension direction E.
Wie in der Figur 3 durch Pfeile mit dem Bezugszeichen 22 angedeutet, tritt das Fluid, also typischerweise ein Kühlmittel, durch einen der beiden Fluideinlasse 8 in den Wärmetauscher 1 und wird über den dem jeweiligen Fluideinlass 8 zugeordneten ersten oder zweiten Fluidverteiler 1 1 a, 1 1 b mittels der in StapelrichtungAs indicated in FIG. 3 by arrows with the reference numeral 22, the fluid, that is to say typically a coolant, passes through one of the two fluid inlets 8 into the heat exchanger 1 and via the respective fluid inlet 8 associated first or second fluid distributor 1 1 a, 1 1 b by means of the stacking direction
5 verlaufenden Verbindungspfade 6 auf die einzelnen Fluidpfade 2, die durch die Rohrkörper 3 begrenzt sind, verteilt. Hierzu wird das in den ersten bzw. zweiten Fluidverteiler 1 1 a, 1 1 b eingetretene Fluid über die am ersten Querende 16a angeordneten, von den Verbindungs-Rohrkörpern 10 gebildeten Verbindungspfade5 extending communication paths 6 on the individual fluid paths 2, which are bounded by the tubular body 3 distributed. For this purpose, the fluid entering the first or second fluid distributor 11a, 11b is arranged via the connecting paths formed on the first transverse end 16a and formed by the connecting tube bodies 10
6 in Stapelrichtung S auf die zwischen dem ersten und zweiten Rohrkörper 3a, 3b angeordneten Rohrkörper 3 verteilt. Die Rohrkörper 3 werden vom Fluid entlang der Gas-Durchströmungsrichtung G, die - zumindest im Beispiel der Figuren - auch parallel zur Querrichtung Q verläuft, durchströmt. Nach dem Durchströmen der Rohrkörper 3 wird das Fluid von den am zweiten Querende 16b angeordneten, von den Verbindungs-Rohrkörpern 10 gebildeten Verbindungspfaden aufgenommen und gelangt von dort in einen der beiden Fluidsammler 12a, 12b. Über den dem jeweiligen Fluidsammler 12a, 12b zugeordneten Fluidauslass 9 wird das Fluid wieder aus dem Wärmetauscher 1 ausgeleitet. 6 distributed in the stacking direction S on the pipe body 3 arranged between the first and second pipe body 3a, 3b. The tubular bodies 3 are flowed through by the fluid along the gas flow direction G, which also runs parallel to the transverse direction Q, at least in the example of the figures. After flowing through the tubular body 3, the fluid is received by the arranged at the second transverse end 16b, formed by the connecting tubular bodies 10 connecting paths and passes from there into one of the two fluid collector 12a, 12b. The fluid is discharged from the heat exchanger 1 again via the fluid outlet 9 assigned to the respective fluid collector 12a, 12b.
Der vorangehend diskutierte Wärmetauscher 1 mit den vorangehend erläuterten, erfindungsgemäßen Merkmalen - einschließlich der vorangestellten optionalen Merkmale - kann besonders einfach und mit besonders geringen Herstellungskosten in Serienfertigung durch Verwendung eines additiven Herstellungsverfahrens hergestellt werden. Bevorzugt kann das additive Herstellungsverfahren Laserschmelzen umfassen. Dies bedeutet, dass zum Herstellen des Wärmetauschers ein Laserschmelzverfahren verwendet wird. Mittels eines solchen Verfahrens kann der Wärmetauscher 1 mit seinen verschiedenen Komponenten direkt aus 3D-CAD-Daten hergestellt werden. Grundsätzlich wird der Wärmetauscher 1 beim Laserschmelzen werkzeuglos und schichtweise auf Basis des dem Wärmetauscher 1 zugeordneten dreidimensionalen CAD-Modells gefertigt. Die Verwendung eines additiven Herstellungsverfahrens, insbesondere des Laserschmelzens, vereinfacht die Herstellung des Wärmetauschers 1 mit seiner gegenüber herkömmlichen Wärmetauschern komplizierten Geometrie. Insbesondere gilt dies für die Herstellung der erfindungswesentlichen Verbindungs-Rohrkörper 10: Denn die Verwendung eines additiven Herstellungsverfahrens erlaubt es, die einzelnen Komponenten des Wärmetauschers 1 wie etwa der Rohrkörper 3 einschließlich der Verbindungs-Rohrkörper 10, der Rippenstrukturen 24, der Fluidverteiler 1 1 a, 1 1 b und der Fluidsammler 12a, 12b etc. als CAD-Modell zu definieren und direkt aus einem solchen CAD-Modell heraus zu fertigen. The above-discussed heat exchanger 1 with the above-described inventive features - including the preceding optional features - can be produced in a particularly simple manner and with particularly low manufacturing costs in series production by using an additive manufacturing process. Preferably, the additive manufacturing process may include laser melting. This means that a laser melting process is used to manufacture the heat exchanger. By means of such a method, the heat exchanger 1 with its various components can be produced directly from 3D CAD data. In principle, the heat exchanger 1 is produced without tools during the laser melting and in layers on the basis of the three-dimensional CAD model assigned to the heat exchanger 1. The use of an additive manufacturing method, in particular laser melting, simplifies the manufacture of the heat exchanger 1 with its opposite conventional heat exchangers complicated geometry. In particular, this applies to the production of the connecting pipe body 10 essential to the invention: For the use of an additive manufacturing method allows the individual components of the heat exchanger 1, such as the tubular body 3 including the connecting tubular body 10, the rib structures 24, the fluid distributor 11a, 1 1 b and the fluid collector 12a, 12b, etc. as a CAD model to define and manufacture directly from such a CAD model out.
Besonders bevorzugt kann der Wärmetauscher 1 einstückig ausgebildet sein. Eine solche, einstückige Ausbildung bildet sich insbesondere bei Verwendung eines additiven Herstellungsverfahrens, insbesondere des Laserschmelzens, an. Mittels einer einstückigen Ausbildung des Wärmetauschers 1 entfällt das sehr aufwändige und somit kostenintensive Befestigen der einzelnen Komponenten des Wärmetauschers aneinander. Insbesondere entfällt das stoffschlüssige Befestigen der einzelnen Verbindungs-Rohrkörper 10 an den Rohrkörpern 3. Particularly preferably, the heat exchanger 1 can be formed in one piece. Such a one-piece design is formed in particular when using an additive manufacturing process, in particular laser melting. By means of a one-piece design of the heat exchanger 1 eliminates the very costly and therefore costly attaching the individual components of the heat exchanger together. In particular, the cohesive fastening of the individual connecting tubular body 10 to the tubular bodies 3 is eliminated.

Claims

Ansprüche claims
1 . Wärmetauscher (1 ), insbesondere für eine Abwärmenutzungseinrichtung, mit einer Mehrzahl von Fluidpfaden (2) zum Durchströmen mit einem Fluid, wobei jeder Fluidpfad (2) wenigstens teilweise von einem Rohrkörper (3) begrenzt ist, wobei die Rohrkörper (3) sich entlang einer Rohrerstreckungsrich- tung (E) erstrecken und entlang einer Stapelrichtung (S) stapelartig aufeinander angeordnet sind, 1 . A heat exchanger (1), in particular for a waste heat utilization device, having a plurality of fluid paths (2) for flowing through a fluid, each fluid path (2) being at least partially bounded by a tubular body (3), the tubular bodies (3) extending along one Extending pipe extension direction (E) and stacked along a stacking direction (S),
wobei durch einen Zwischenraum (6), welcher zwischen zwei in Stapelrichtung (S) benachbarten Rohrkörpern (3) vorhanden ist, jeweils ein Gaspfad (7) zum Durchströmen mit einem Gas entlang einer Gas-Durchströmungsrichtung (G) ausgebildet ist,  wherein in each case a gas path (7) for flowing through a gas along a gas throughflow direction (G) is formed by a gap (6) which is present between two tubular bodies (3) which are adjacent in the stacking direction (S),
wobei die Gas-Durchströmungsrichtung (G) orthogonal zur Rohrkörper- Erstreckungsrichtung (E) verläuft,  wherein the gas flow direction (G) is orthogonal to the tube body extending direction (E),
wobei der Wärmetauscher eine Mehrzahl von Verbindungspfaden (6) um- fasst, welche jeweils wenigstens zwei in Stapelrichtung (S) benachbarte Rohrkörper (3) fluidisch miteinander verbinden.  wherein the heat exchanger comprises a plurality of connection paths (6) which in each case fluidly connect at least two tubular bodies (3) adjacent in the stacking direction (S) to one another.
2. Wärmetauscher nach Anspruch 1 , 2. Heat exchanger according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
der Wärmetauscher (1 ) wenigstens einen Fluideinlass (8) zum Verteilen des Fluids auf die Fluidpfade (2) und wenigstens einen Fluidauslass (9) zum Ausleiten des Fluids aus dem Wärmetauscher (1 ) nach dem Durchströmen der Fluidpfade (2) besitzt, der Wärmetauscher (1 ) entlang der Stapelrichtung (S) von einem ersten Rohrkörper (3a) und einem dem ersten Rohrkörper (3) gegenüberliegenden zweiten Rohrkörper (3b) begrenzt ist, the heat exchanger (1) has at least one fluid inlet (8) for distributing the fluid to the fluid paths (2) and at least one fluid outlet (9) for discharging the fluid from the heat exchanger (1) after flowing through the fluid paths (2), the heat exchanger (1) is delimited along the stacking direction (S) by a first tubular body (3a) and a second tubular body (3b) lying opposite the first tubular body (3),
der erste Rohrkörper (3a) einen fluidisch mit dem Fluideinlass (8) verbundenen ersten Fluidverteiler (1 1 a) und einen fluidisch mit dem Fluidauslass (9) verbundenen ersten Fluidsammler (12a) aufweist, wobei der erste Fluidverteiler (12a) mittels einer im ersten Rohrkörper (3a) vorhandenen Trennwand (13a) fluidisch vom ersten Fluidsammler (12a) getrennt ist,  the first tubular body (3a) has a first fluid distributor (11a) fluidically connected to the fluid inlet (8) and a first fluid collector (12a) fluidically connected to the fluid outlet (9), the first fluid distributor (12a) being connected by means of a first fluid distributor (12a) Tube body (3a) existing partition (13a) is fluidly separated from the first fluid collector (12a),
der zweite Rohrkörper (3b) einen fluidisch mit dem Fluideinlass (8) verbundenen zweiten Fluidverteiler (1 1 b) und einen fluidisch mit dem Fluidauslass (9) verbundenen zweiten Fluidsammler (12b) aufweist, wobei der zweite Fluidverteiler (1 1 b) mittels einer im zweiten Rohrkörper (3b) vorhandenen zweiten Trennwand (13b) fluidisch vom zweiten Fluidsammler (12b) getrennt ist.  the second tubular body (3b) has a second fluid distributor (11b) fluidly connected to the fluid inlet (8) and a second fluid collector (12b) fluidically connected to the fluid outlet (9), the second fluid distributor (11b) being connected by means of a in the second tubular body (3b) existing second partition (13b) is fluidly separated from the second fluid collector (12b).
3. Wärmetauscher nach Anspruch 2, 3. Heat exchanger according to claim 2,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
wenigstens eine der Fluideinlass (8) und der wenigstens eine Fluidauslass (9) in einer den Wärmetauscher (1 ) in der Rohrkörper-Erstreckungsrichtung (E) begrenzenden Gehäusewand (14) vorgesehen sind.  at least one of the fluid inlet (8) and the at least one fluid outlet (9) are provided in a housing wall (14) delimiting the heat exchanger (1) in the pipe body extension direction (E).
4. Wärmetauscher nach Anspruch 2 oder 3, 4. Heat exchanger according to claim 2 or 3,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
genau zwei Fluideinlässe (8) vorhanden sind, die in der Gehäusewand (14) an bezüglich der Stapelrichtung (S) gegenüberliegenden Wand-Enden (15a, 15b) vorhanden sind,  exactly two fluid inlets (8) are present, which are present in the housing wall (14) with respect to the stacking direction (S) opposite wall ends (15a, 15b),
genau zwei Fluidauslässe (9) vorhanden sind, die in der Gehäusewand (14) an bezüglich der Stapelrichtung (S) gegenüberliegenden Wand-Enden (15a, 15b) vorhanden sind. exactly two fluid outlets (9) are present, which in the housing wall (14) with respect to the stacking direction (S) opposite wall ends (15a, 15b) are present.
5. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 5. Heat exchanger according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
wenigstens ein Verbindungspfad (6), vorzugsweise alle Verbindungspfade (6), alle im Wärmetauscher (1 ) vorhandenen Rohrkörper (3) in Stapelrichtung (S) fluidisch miteinander verbindet.  at least one connection path (6), preferably all connection paths (6), all in the heat exchanger (1) existing tubular body (3) in the stacking direction (S) fluidly interconnected.
6. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 6. Heat exchanger according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
die Verbindungspfade (6) als sich entlang der Stapelrichtung (S) erstreckende Verbindungs-Rohrkörper (10), insbesondere mit jeweils einer ersten Rohrmündung (7a) und einer der ersten Rohrmündung (7a) gegenüberliegenden zweiten Rohrmündung (7b), ausgebildet sind.  the connecting paths (6) are formed as connection tube bodies (10) extending along the stacking direction (S), in particular each having a first tube mouth (7a) and a second tube mouth (7b) opposite the first tube mouth (7a).
7. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 7. Heat exchanger according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
die Rohrkörper-Erstreckungsrichtung (E) entlang einer Längsrichtung (L) der Rohrkörper (3) verläuft und die Gas-Durchströmungsrichtung (G) orthogonal dazu entlang einer Querrichtung (Q) der Rohrkörper (3) verläuft,  the pipe body extending direction (E) is along a longitudinal direction (L) of the pipe bodies (3) and the gas flow direction (G) is orthogonal thereto along a transverse direction (Q) of the pipe bodies (3),
die Verbindungspfade (6) an zwei in Gas-Durchströmungsrichtung (G) gegenüberliegenden Quer-Enden (16a, 16b) der Rohrkörper (3) angeordnet sind.  the connection paths (6) are arranged at two transverse ends (16a, 16b) of the tubular bodies (3) which are opposite in the gas flow direction (G).
8. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 8. Heat exchanger according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
in wenigstens einem Rohrkörper (3) an einer diesen Rohrkörper (3) in Stapelrichtung (S) begrenzenden Rohrkörper-Wand (19) eine Mehrzahl von Turbulenzerzeugungselementen (20) ausgeformt ist, die von dieser Rohrkörper- Wand (19) in den vom Rohrkörper (3) begrenzten Fluidpfad (2) hinein abstehen. a plurality of turbulence generating elements (20) are formed in at least one tubular body (3) on a tubular body wall (19) delimiting said tubular body (3) in the stacking direction (S). 3) limited fluid path (2) protrude into it.
9. Wärmetauscher nach Anspruch 8, 9. Heat exchanger according to claim 8,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
die Mehrzahl von Turbulenzerzeugungselementen (20) bezüglich einer Draufsicht auf die Rohrkörper-Wand (19) in der Stapelrichtung (S) rasterartig mit einer Mehrzahl von Rasterzeilen (21 ) angeordnet ist,  the plurality of turbulence generating elements (20) are arranged in a grid-like manner with a plurality of raster lines (21) in a plan view of the tubular body wall (19) in the stacking direction (S),
wobei jede Rasterzeile (21 ) wenigstens zwei Turbulenzerzeugungselemente (20) umfasst und sich entlang der Gas-Durchströmungsrichtung (G) erstreckt, wobei wenigstens zwei Rasterzeilen (21 ) in der Rohrkörper- Erstreckungsrichtung (E) benachbart und im Abstand zueinander angeordnet sind.  wherein each raster line (21) comprises at least two turbulence generating elements (20) and extends along the gas flow direction (G), wherein at least two raster lines (21) in the tube body extension direction (E) are adjacent and spaced from one another.
10. Wärmetauscher nach Anspruch 9, 10. Heat exchanger according to claim 9,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
die Turbulenzerzeugungselemente (20) zweier in der Rohrkörper- Erstreckungsrichtung (E) benachbarter Rasterzeilen (21 ) in der Gas- Durchströmungsrichtung (G) versetzt zueinander angeordnet sind.  the turbulence generating elements (20) of two in the tube body extension direction (E) of adjacent raster lines (21) in the gas flow direction (G) are arranged offset to one another.
1 1 . Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 8 bis 10, 1 1. Heat exchanger according to one of claims 8 to 10,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
die Turbulenzerzeugungselemente (20) in der Draufsicht auf die Rohrkörper- Wand (19) in der Stapelrichtung (S) gekrümmt ausgebildet sind.  the turbulence generating elements (20) are curved in plan view of the tubular body wall (19) in the stacking direction (S).
12. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 12. Heat exchanger according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
die Verbindungspfade (6) entlang der Rohr-Erstreckungsrichtung (E), insbesondere der Längsrichtung (L), der Rohrkörper (3) im Abstand zueinander, insbesondere im Wesentlichen äquidistant, angeordnet sind, wenigstens ein (erster) Verbindungspfad (6) an einem ersten Quer-Ende (16a) der Rohrköper (3) und wenigstens ein (zweiter) Verbindungspfad (6) an einem zweiten, dem ersten Quer-Ende (16a) in der Gas- Durchströmungsrichtung (G), insbesondere der Querrichtung (Q) der Rohrkörper (3), gegenüberliegenden, zweiten Quer-Ende (16b) der Rohrkörper (3) angeordnet ist. the connection paths (6) are arranged along the tube extension direction (E), in particular the longitudinal direction (L), the tube body (3) at a distance from each other, in particular substantially equidistant, at least one (first) connection path (6) at a first transverse end (16a) of the tube bodies (3) and at least one (second) connection path (6) at a second, the first transverse end (16a) in the gas flow direction (G), in particular the transverse direction (Q) of the tubular body (3), opposite, second transverse end (16 b) of the tubular body (3) is arranged.
13. Wärmetauscher nach Anspruch 12, 13. Heat exchanger according to claim 12,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
die Verbindungspfade (6) entweder am ersten Quer-Ende (16a) oder am zweiten Quer-Ende (16b) vorgesehen sind.  the connection paths (6) are provided either at the first transverse end (16a) or at the second transverse end (16b).
14. Wärmetauscher nach Anspruch 12 oder 13, 14. Heat exchanger according to claim 12 or 13,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
eine erste Anzahl an ersten Verbindungspfaden (6), die am ersten Quer-Ende (16a) angeordnet sind, im Wesentlichen, vorzugsweise genau, einer zweiten Anzahl an zweiten Verbindungspfaden (6) entspricht, die am zweiten Quer- Ende (16b) angeordnet sind.  a first plurality of first connection paths (6) disposed at the first transverse end (16a) substantially, preferably exactly, correspond to a second plurality of second connection paths (6) disposed at the second transverse end (16b) ,
15. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 15. Heat exchanger according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
der Wärmetauscher (1 ) mittels eines additiven Herstellungsverfahrens hergestellt ist.  the heat exchanger (1) is produced by means of an additive manufacturing process.
16. Wärmetauscher nach Anspruch 15, 16. Heat exchanger according to claim 15,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
das additive Herstellungsverfahren Laserschmelzen umfasst.  the additive manufacturing process comprises laser melting.
17. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass 17. Heat exchanger according to one of the preceding claims, characterized in that
der Wärmetauscher (1 ) einstückig ausgebildet ist.  the heat exchanger (1) is integrally formed.
18. Abwärmenutzungseinrichtung mit einem Wärmetauscher (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche. 18. Waste heat utilization device with a heat exchanger (1) according to one of the preceding claims.
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