DE102012106079A1

DE102012106079A1 - Spiral heat exchanger i.e. exhaust-gas heat exchanger, for exchanging heat in fluid for e.g. refrigeration of cooling circuit of motor car, has metal sheets wound under integration of bars, where channel is formed between walls of sheets

Info

Publication number: DE102012106079A1
Application number: DE201210106079
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Böning
Original assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH
Current assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH
Priority date: 2012-07-06
Filing date: 2012-07-06
Publication date: 2014-01-09

Abstract

The exchanger has wound labyrinth and flat metal sheets (1, 2) arranged between windings of separation bars. The metal sheets are joined with one another, where a channel (10) is formed between the metal sheets. The metal sheets are wound under integration of the bars, where another channel is formed between wound exterior walls of the metal sheets. The labyrinth metal sheet comprises a labyrinth structure, where a groove system is formed by the structure. The bars are made of metal or plastic. A lid metal sheet is arranged at front ends of the exchanger. An independent claim is also included for a method for manufacturing a spiral heat exchanger.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Spiralwärmetauscher gemäß den Merkmalen im Oberbegriff von Patentanspruch 1.The present invention relates to a spiral heat exchanger according to the features in the preamble of claim 1.

Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung des Spiralwärmetauschers gemäß den Merkmalen im Patentanspruch 15.The present invention further relates to a method for producing the spiral heat exchanger according to the features in claim 15.

Aus dem Stand der Technik sind Wärmetauscher bekannt, wobei die Fluide eine Temperaturdifferenz aufweisen und ein entsprechender Wärmeeintrag von einem Fluid auf das andere übertragen wird. Dies kann beispielsweise zum Erwärmen oder aber auch zum Kühlen genutzt werden. Als Fluide können sowohl Fluide im Aggregatzustand flüssig als auch im Aggregatzustand gasförmig oder aber in einem Zwischenzustand durch die jeweiligen Kanäle des Wärmetauschers strömen. Eine weit verbreitete Anwendung von Wärmetauschern findet in Kraftfahrzeugen statt, bei denen zur Kühlung des Kühlkreislaufs eines Kraftfahrzeugs oder aber auch zur Temperierung des Fahrgastinnenraums oder auch zur entsprechenden Kühlung von Ladeluft oder Kühlung von Schmierstoffen eingesetzt werden.Heat exchangers are known from the prior art, wherein the fluids have a temperature difference and a corresponding heat input is transferred from one fluid to the other. This can be used for example for heating or for cooling. As fluids both fluids in the state of matter liquid and in the state of matter can flow in gaseous form or else in an intermediate state through the respective channels of the heat exchanger. A widespread use of heat exchangers takes place in motor vehicles, in which for cooling the cooling circuit of a motor vehicle or for the temperature control of the passenger compartment or for the corresponding cooling of charge air or cooling of lubricants are used.

Wärmetauscher folgen dabei maßgeblich den Strömungsprinzipien des Gleichstroms, des Gegenstroms oder aber auch des Kreuzstroms. Aufgrund der innerhalb des Wärmetauschers angeordneten Vielzahl von kleinen und filigranen Kanälen sind die Wärmetauscher selbst komplex herzustellen. Gängige Herstellungsvarianten sehen beispielsweise vor, dass Wärmetauscher als Plattenwärmetauscher gebaut werden, wobei die einzelnen Platten untereinander verlötet bzw. in anderer Art und Weise abgedichtet werden.Heat exchangers thereby decisively follow the flow principles of the direct current, the countercurrent or even the cross current. Due to the large number of small and filigree channels arranged inside the heat exchanger, the heat exchangers themselves are complex to produce. Common production variants provide, for example, that heat exchangers are constructed as plate heat exchangers, wherein the individual plates are soldered to each other or sealed in a different manner.

Aus dem Stand der Technik sind jedoch auch Wärmetauscher bekannt, die als Spiralwärmetauscher ausgebildet werden, wobei Wärmetauscherbleche um eine Längsachse gewickelt werden und sich dann zwischen den einzelnen Blechen einzelne Strömungskanäle ausbilden. Ein solcher Wärmetauscher sowie ein Herstellungsverfahren ist beispielsweise durch die WO 2006/032258 A1 oder aber auch durch die DE 10 2010 044 937 A1 bekannt.However, heat exchangers are known from the prior art, which are formed as a spiral heat exchanger, wherein heat exchanger plates are wound around a longitudinal axis and then form individual flow channels between the individual sheets. Such a heat exchanger and a manufacturing method, for example, by the WO 2006/032258 A1 or by the DE 10 2010 044 937 A1 known.

Die aus den zuvor genannten Druckschriften bekannten Wärmetauscher weisen gewisse Vorteile gegenüber der Herstellung von Plattenwärmetauschern auf. Der Wicklungsprozess selber sowie die abschließende Koppelung, insbesondere die fluiddichte Koppelung, der einzelnen Kanäle zueinander und die beim Wickeln auftretenden Abstandsproblematiken bezüglich der einzelnen Wärmetauscherbleche sind jedoch nur bedingt für verschiedene Einsatzzwecke nutzbar und bedürfen daher einer erhöhten Aufwendung zur Herstellung.The heat exchangers known from the aforementioned publications have certain advantages over the production of plate heat exchangers. However, the winding process itself and the final coupling, in particular the fluid-tight coupling, the individual channels to each other and the distance problems occurring during winding with respect to the individual heat exchanger plates are only partially usable for different purposes and therefore require an increased expenditure for the production.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ausgehend vom Stand der Technik einen Spiralwärmetauscher aufzuzeigen, der einem breiten Einsatzspektrum zugänglich ist, einen hohen Wirkungsgrad und eine einfache Produzierbarkeit bei gleichzeitig hohen Variationsmöglichkeiten bereit zu stellen sowie ein Verfahren zur Herstellung des Spiralwärmetauschers.It is therefore an object of the present invention, starting from the state of the art, to show a spiral heat exchanger which is accessible to a wide range of applications, to provide a high degree of efficiency and ease of production with simultaneously high variation possibilities, and to a method for producing the spiral heat exchanger.

Der gegenständliche Teil der Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Wärmetauscher gemäß den Merkmalen im Patentanspruch 1 gelöst.The objective part of the object is achieved by a heat exchanger according to the features in claim 1.

Der verfahrenstechnische Teil der Aufgabe wird weiterhin durch ein Herstellungsverfahren eines Spiralwärmetauschers gemäß den Merkmalen im Patentanspruch 15 gelöst.The procedural part of the object is further achieved by a manufacturing method of a spiral heat exchanger according to the features in claim 15.

Vorteilhafte Ausführungsvarianten der vorliegenden Erfindung sind Bestandteil der abhängigen Patentansprüche.Advantageous embodiments of the present invention are part of the dependent claims.

Der erfindungsgemäße Spiralwärmetauscher, insbesondere Abgaswärmetauscher für ein Kraftfahrzeug, wobei der Spiralwärmetauscher aus zwei aufgewickelten Wärmetauscherblechen ausgebildet ist und zwischen den Wicklungen Trennstege angeordnet sind, ist dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Wärmetauscherbleche miteinander gefügt sind und zwischen den zwei Wärmetauscherblechen ein erster Kanal ausgebildet ist und dass die zwei gefügten Wärmetauscherbleche unter Eingliederung der Trennstege aufgewickelt sind, wobei zwischen den aufgewickelten Außenwänden der Wärmetauscherbleche ein zweiter Kanal ausgebildet ist.The inventive spiral heat exchanger, in particular exhaust gas heat exchanger for a motor vehicle, wherein the spiral heat exchanger is formed from two wound heat exchanger plates and separating webs are arranged between the windings, characterized in that the two heat exchanger plates are joined together and between the two heat exchanger plates, a first channel is formed and that the two joined heat exchanger plates are wound under inclusion of the dividers, wherein between the wound outer walls of the heat exchanger plates, a second channel is formed.

Erfindungsgemäß ist somit vorgesehen, dass zunächst zwischen den zwei Wärmetauscherblechen selbst ein Kanalsystem ausgebildet wird, das dann als erster Strömungskanal zum Durchleiten eines ersten Fluids, beispielsweise im flüssigen oder gasförmigen Zustand, genutzt wird. Hierzu werden die zwei Wärmetauscherbleche zumindest abschnittsweise miteinander gekoppelt. Diese Kopplung kann beispielsweise durch ein Verkleben, durch ein Verlöten oder aber auch durch ein Verschweißen erfolgen. Insbesondere ist ein Wärmetauscherblech als Labyrinthblech ausgebildet und das andere Wärmetauscherblech als Flachblech. Das Flachblech ist, wie der Eigenname besagt, ein flaches Blech ohne Erhebungen. Bei dem Labyrinthblech handelt es sich ebenfalls um ein flaches Blech, wobei gegenüber einer Oberfläche des Labyrinthblechs Stege hervorstehend ausgebildet sind, die dann zu einem Nutensystem auf der Oberfläche des Labyrinthblechs führen.According to the invention, it is thus provided that initially a channel system is formed between the two heat exchanger plates, which channel is then used as the first flow channel for passing a first fluid, for example in the liquid or gaseous state. For this purpose, the two heat exchanger plates are coupled together at least in sections. This coupling can be done for example by gluing, by soldering or else by welding. In particular, a heat exchanger plate is designed as a labyrinth plate and the other heat exchanger plate as a flat plate. The flat sheet is, as the proper name implies, a flat sheet without elevations. The labyrinth sheet is likewise a flat metal sheet, wherein webs are formed protruding relative to a surface of the labyrinth sheet, which then lead to a groove system on the surface of the labyrinth sheet.

Wird nun das freie Ende der Stege mit dem Flachblech gekoppelt, so ergibt sich ein geschlossenes Nutensystem, welches im Rahmen der Erfindung nachfolgend auch als Kanalsystem bezeichnet wird. Die Stege selbst können dabei auf dem Labyrinthblech beispielsweise durch einen Umformvorgang des Labyrinthblechs ausgebildet werden oder aber auch durch ein entsprechendes Prägen oder aber Umform- bzw. Stanzverfahren einstückig und werkstoffeinheitlich an dem Labyrinthblech ausgebildet werden. Im Rahmen der Erfindung ist es jedoch auch möglich, die Stege als externe Bauteile mit dem Labyrinthblech zu koppeln, was wiederum durch ein Aufkleben oder aber Verlöten oder aber Schweißen erfolgen kann. Now, if the free end of the webs coupled with the flat sheet, so there is a closed groove system, which is hereinafter referred to as a channel system in the invention. The webs themselves can be formed on the labyrinth sheet, for example by a forming process of the labyrinth sheet or else by a corresponding embossing or forming or stamping process in one piece and material uniformly formed on the labyrinth sheet. In the context of the invention, however, it is also possible to couple the webs as external components with the labyrinth sheet, which in turn can be done by gluing or soldering or welding.

Die Stege selbst können dann auf dem Labyrinthblech selbst und auch an dem Flachblech zumindest abschnittsweise derart gekoppelt sein, dass die Verbindung durch flächigen Anlagekontakt formschlüssig hergestellt ist, jedoch nicht zwangsläufig fluiddicht bzw. gasdicht ausgebildet sein muss. Im Rahmen der Erfindung erfolgt somit maßgeblich eine Strömungslenkungsfunktion, wobei in zu vernachlässigender Weise Fluid durch die geringfügig aufgrund des nicht vollständigen Fügens entstehenden Schlitze hindurchtreten kann.The webs themselves can then be coupled at least in sections on the labyrinth sheet itself and also on the flat sheet such that the connection is produced in a form-fitting manner by surface contact, but does not necessarily have to be made fluid-tight or gas-tight. In the context of the invention, a flow control function is thus decisively carried out, whereby in a negligible manner fluid can pass through the slits resulting slightly from the incomplete joining.

Im Rahmen der Erfindung ist das vollständige Fügen der Stege sowohl mit dem Labyrinthblech als auch mit dem Flachblech in Abhängigkeit der benötigten Umformgrade bei dem Wicklungsprozess und der durch ein vollständiges oder teilweises beim Fügen hervorgehenden Herstellungskosten zu wählen. Somit wird ein erster Kanal nach Abschluss des Wicklungsvorgangs zwischen dem Labyrinthblech und dem Flachblech ausgebildet, wobei das dazwischen ausgebildete Kanalsystem eine Strömungslenkungsfunktion übernimmt.In the context of the invention, the complete joining of the webs with both the labyrinth sheet and with the flat sheet is to be selected depending on the required degrees of deformation in the winding process and the production costs resulting from complete or partial joining. Thus, a first channel is formed after completion of the winding process between the labyrinth sheet and the flat sheet, wherein the channel system formed therebetween performs a flow control function.

Aufgrund der Eingliederung von weiteren Trennstegen, wobei sich die Trennstege vorzugsweise in Längsrichtung des Spiralwärmetauschers erstrecken, folgen die einzelnen Wicklungen in einem Abstand zueinander. Somit sind jeweils die außen liegenden Wände von Flachblech als auch Labyrinthblech durch die Trennstege beabstandet und dazwischen wird ein zweiter Kanal zur Durchleitung eines zweiten Fluids ausgebildet. Ein Wärmeübergang zwischen erstem Fluid und zweitem Fluid erfolgt somit von erstem Kanal zu zweitem Kanal über die jeweiligen Wärmetauscherbleche. Im Rahmen der Erfindung kann auch ein Wärmeübergang von zweitem Fluid auf das erste Fluid erfolgen. Durch entsprechende Strömungslenkung innerhalb der Kanäle, insbesondere innerhalb des ersten Kanals aufgrund der Fluidführung durch das Kanalsystem, kann daher, je nach Anordnung, ein Wärmeübergang im Kreuzstromprinzip, Gegenstromprinzip oder aber auch im Gleichstromprinzip realisiert werden.Due to the incorporation of further separating webs, wherein the separating webs preferably extend in the longitudinal direction of the spiral heat exchanger, the individual windings follow one another at a distance from each other. Thus, in each case the outer walls of flat sheet and labyrinth sheet are spaced by the dividers and in between a second channel for the passage of a second fluid is formed. A heat transfer between the first fluid and the second fluid thus takes place from the first channel to the second channel via the respective heat exchanger plates. In the context of the invention, a heat transfer from the second fluid to the first fluid can also take place. By appropriate flow control within the channels, in particular within the first channel due to the fluid guide through the channel system, therefore, depending on the arrangement, a heat transfer in the cross-flow principle, countercurrent principle or else in the DC principle can be realized.

Insbesondere sind die Wärmetauscherbleche aus metallischem Werkstoff ausgebildet. Vorzugsweise handelt es sich hierbei um einen Stahlwerkstoff, ganz besonders bevorzugt um einen Edelstahlwerkstoff, so dass der damit hergestellte Spiralwärmetauscher auch als Abgaswärmetauscher eingesetzt werden kann und gegenüber den hochkorrosiven Eigenschaften des Abgases eine Resistenz aufweist.In particular, the heat exchanger plates are formed of metallic material. Preferably, this is a steel material, most preferably a stainless steel material, so that the spiral heat exchanger produced therewith can also be used as an exhaust gas heat exchanger and has a resistance to the highly corrosive properties of the exhaust gas.

Im Rahmen der Erfindung ist der Spiralwärmetauscher jedoch für jegliches Einsatzgebiet von Wärmetauschern einsetzbar, so dass dieser sich auch für die Nutzung in einem Kühlwasserkreislauf des Kraftfahrzeugs oder aber auch zum Einsatz in Energiegewinnungsanlagen, beispielsweise in Kraftwerken, oder als Hydraulikflüssigkeitswärmetauscher eignet. Die Werkstoffwahl sollte daher aufgrund des zu erwartenden Einsatzgebiets und der den Spiralwärmetauscher durchströmenden Medien gewählt werden. Ebenfalls sollte die Wahl des Werkstoffs abhängig davon gemacht werden, wie die Verformungseigenschaften des Werkstoffs anzusehen sind.In the context of the invention, however, the spiral heat exchanger can be used for any field of application of heat exchangers, so that it is also suitable for use in a cooling water circuit of the motor vehicle or for use in energy production plants, for example in power plants, or as a hydraulic fluid heat exchanger. The choice of material should therefore be selected based on the expected area of application and the medium flowing through the spiral heat exchanger. Also, the choice of material should be made depending on how the deformation properties of the material are to be considered.

Grundsätzlich sollten die Werkstoffe der verwendeten Wärmetauscherbleche derart verformbar sind, dass sie wickelbar sind. Ebenfalls sollte die Werkstoffwahl sowohl von Flachblech als auch Labyrinthblech derart aufeinander abgestimmt werden, dass sich beim Wicklungsvorgang selber keine unerwünschte Wellenbildung einstellt. Im Rahmen der Erfindung ist es somit ebenfalls möglich, Wärmetauscherbleche auch aus Leichtmetallen, insbesondere aus Aluminiumlegierungen zu verwenden. Ebenfalls ist es möglich, Wärmetauscherbleche aus Kunststoff oder aber auch aus Faserverbundwerkstoffen zu wählen. Abhängig ist dies von den zu erwartenden Wärmeübergängen sowie der Verformbarkeit und der den Spiralwärmetauscher durchströmenden Medien. Ebenfalls ist es im Rahmen der Erfindung möglich, dass die Wärmetauscherbleche beschichtet sind, wobei die Beschichtung die Strömungseigenschaften und/oder den Wärmeübergang von Medium zu Wärmetauscherblech positiv beeinflusst. Die zuvor beschriebene Werkstoffauswahl gilt ebenfalls für die Trennstege und im Falle von nicht mit dem Labyrinthblech einstückig und werkstoffeinheitlich ausgebildeten Stegen auch für die Stege.In principle, the materials of the heat exchanger plates used should be deformable so that they can be wound. Also, the choice of material both flat sheet and labyrinth sheet should be matched to one another so that no unwanted wave formation itself sets during the winding process. In the context of the invention, it is thus also possible to use heat exchanger plates also made of light metals, in particular aluminum alloys. It is also possible to choose heat exchanger plates made of plastic or even fiber composite materials. This depends on the expected heat transfer as well as the deformability and the media flowing through the spiral heat exchanger. It is also possible within the scope of the invention for the heat exchanger plates to be coated, the coating having a positive influence on the flow properties and / or the heat transfer from the medium to the heat exchanger plate. The material selection described above also applies to the dividers and in the case of not integral with the labyrinth sheet and material uniformly formed webs for the webs.

Weiterhin bevorzugt sind in dem ersten Kanal und/oder in dem zweiten Kanal Turbulatoren angeordnet, wobei die Turbulatoren insbesondere als externe Turbulatoren in den jeweiligen Kanälen angeordnet sind oder aber die Turbulatoren sind in und/oder an und/oder durch die Stege und/oder Trennstege ausgebildet. Der erfindungsgemäße Spiralwärmetauscher ermöglicht es, aufgrund des Wicklungsvorgangs zunächst gezielt in die Kanäle Turbulatoren einzusetzen bzw. an den jeweiligen Blechen zu koppeln, anschließend die beiden Wärmetauscherbleche miteinander in Kontakt zu bringen und zumindest abschnittsweise zu fügen und daran anschließend den Wicklungsvorgang vorzunehmen, so dass es produktionstechnisch auf besonders einfache Weise möglich ist, die Turbulatoren auch an komplexen Stellen innerhalb der Kanäle anzuordnen, was dem nachträglichen Wicklungsvorgang zuzurechnen ist.Furthermore, turbulators are preferably arranged in the first channel and / or in the second channel, the turbulators being arranged in particular as external turbulators in the respective channels or else the turbulators are in and / or on and / or by the webs and / or partitions educated. The spiral heat exchanger according to the invention makes it possible to initially use turbulators selectively in the channels or on the respective metal sheets due to the winding process couple, then bring the two heat exchanger plates into contact with each other and then at least make the winding process, so that it is technically possible in a particularly simple manner to arrange the turbulators at complex locations within the channels, which is attributable to the subsequent winding process is.

Dabei kann es sich insbesondere um externe Turbulatoren, beispielsweise in Form von Leitblechen oder aber Strömungsleitfinnen handeln. Die Turbulatoren sind insbesondere mit den Blechen gefügt, ganz besonders bevorzugt durch einen Löt- bzw. Schweißvorgang. Im Rahmen der Erfindung ist es jedoch auch vorstellbar, die Turbulatoren zunächst auf einem Blech haftzufixieren, beispielsweise durch einen Klebstoff, und anschließend durch den Wicklungsvorgang formschlüssig zwischen den Blechen einzuklemmen, so dass diese ihre Position nicht mehr verlassen. Im Rahmen der Erfindung ist es jedoch auch weiterhin möglich, die Turbulatoren selbst durch die Stege und/oder Trennstege auszubilden. Hierzu sind die Stege und/oder Trennstege in verschiedenen geometrischen Ausführungsvarianten ausbildbar, beispielsweise können diese eine wellenförmige oder aber auch eine sägezahnförmige Struktur aufweisen bzw. zumindest abschnittsweise Erhöhungen oder Vertiefungen aufweisen. Im Rahmen der Erfindung ist es jedoch auch vorstellbar, dass diese eine Unterbrechung bzw. Ausstellung aufweisen, beispielsweise einen V-förmigen Verlauf, so dass eine gezielte Strömungsleitfunktion bzw. Strömungslenkungsfunktion entsteht.These may be in particular external turbulators, for example in the form of baffles or Strömungsleitfinnen. The turbulators are in particular joined to the sheets, most preferably by a soldering or welding process. In the context of the invention, however, it is also conceivable to first fix the turbulators on a metal sheet, for example by an adhesive, and then clamp positively between the sheets by the winding process so that they no longer leave their position. In the context of the invention, however, it is also possible to form the turbulators themselves by the webs and / or dividers. For this purpose, the webs and / or partitions in different geometric embodiments can be formed, for example, they may have a wavy or even a sawtooth-shaped structure or at least partially have elevations or depressions. In the context of the invention, however, it is also conceivable that they have an interruption or exhibition, for example, a V-shaped course, so that a targeted Strömungsleitfunktion or Strömungslenkungsfunktion arises.

Im Rahmen der Erfindung ist es weiterhin vorstellbar, dass die Trennstege, mithin die Stege, die die einzelnen Wicklungen beabstanden, selbst derart angeordnet werden, dass nicht der zweite Kanal strömungstechnisch als ein großflächiger Raum ausgebildet ist bzw. verschiedene kleinere Räume, die maßgeblich in Längsrichtung des Spiralwärmetauschers orientiert sind, sondern die Trennstege derart L-förmig und/oder abschnittsweise unterbrochen auszubilden, dass in dem zweiten Kanal ebenfalls ein Labyrinthkanalsystem ausgebildet ist. Hierdurch kann dann wiederum gezielt der Spiralwärmetauscher durch die Medien im Kreuzstromprinzip, Gleichstromprinzip und/oder Gegenstromprinzip durchströmt werden. Es ist somit beispielsweise vorstellbar, dass die beiden Medien zunächst entlang ihres Strömungswegs zumindest abschnittsweise nach dem Kreuzstromprinzip oder aber Gegenstromprinzip zueinander strömen oder aber auch umgekehrt oder in beliebiger Kombination zueinander. Abhängig ist dieses wiederum davon auszuwählen, welche Medien im Kanal 1 und Kanal 2 strömen, wie hoch deren Temperaturdifferenz zueinander ist und auch in Abhängigkeit, wie hoch der einzustellende Wärmeübergang der beiden Medien zueinander erfolgen soll.In the context of the invention, it is also conceivable that the separating webs, thus the webs which space the individual windings, are themselves arranged such that not the second channel is fluidically designed as a large-area space or various smaller spaces which are relevant in the longitudinal direction of the spiral heat exchanger are oriented, but the dividing webs such L-shaped and / or interrupted form sections that in the second channel also a Labyrinthkanalsystem is formed. As a result, in turn, the spiral heat exchanger can in turn be flowed through by the media in the crossflow principle, the DC principle and / or the countercurrent principle. It is therefore conceivable, for example, that the two media initially flow along their flow path at least in sections according to the cross-flow principle or countercurrent principle to one another or else vice versa or in any desired combination with one another. Depending on this is in turn to select which media flow in the channel 1 and channel 2, how high their temperature difference to each other and also depending on how high the heat transfer to be set of the two media to each other.

Weiterhin bevorzugt sind ein Einlassstutzen und ein Auslassstutzen für den ersten Kanal an einer Außenmantelfläche des Spiralwärmetauschers ausgebildet. Insbesondere sind hierzu bereits vorgefertigte Stutzenbauteile derart an der Außenmantelfläche angeordnet oder aber mit der Außenmantelfläche gekoppelt, dass eine einfache und gegebenenfalls schnell zu montierende Verbindungsmöglichkeit mit der Zu- und Ableitung des ersten Kanals erfolgt. Besonders bevorzugt weist mindestens ein Wärmetauscherblech bereits im ursprünglich flächigen Zustand Ausnehmungen bzw. Löcher auf, wobei nach Abschluss des Wicklungsvorgangs es in besonders einfacher Weise möglich ist, den Einlass- bzw. Auslassstutzen an dem Spiralwärmetauscher, insbesondere an der Außenmantelfläche, anzuordnen und mit dieser zu koppeln. Im Rahmen der Erfindung kann die Kopplung dann wiederum beispielsweise durch ein stoffschlüssiges Fügeverfahren, insbesondere durch eine Lötverbindung oder aber eine Schweißverbindung, erfolgen, die Kopplung kann jedoch auch mittels einer Dichtung derart erfolgen, dass der Stutzen formschlüssig in der Öffnung angeordnet wird. Ebenfalls ist es im Rahmen der Erfindung vorstellbar, dass der Stutzen mit einer Dichtung vor dem Wicklungsvorgang oder aber kurz vor Abschluss des Wicklungsvorgangs in der Ausnehmung des Flachblechs angeordnet wird und dann durch den Wicklungsvorgang selber, insbesondere durch Anlegen bzw. Aufwickeln eines Endabschnitts des Flachblechs, formschlüssig angeordnet wird. Hierdurch wird dann eine Verbindung zu dem ersten Kanal aufgrund der Stutzen hergestellt, wobei die Stutzen dann durch den Formschluss zum einen fest an dem Spiralwärmetauscher gehalten werden, zum anderen fluiddicht den ersten Kanal abschließen.Furthermore, an inlet connection and an outlet connection for the first channel are preferably formed on an outer circumferential surface of the spiral heat exchanger. In particular, prefabricated nozzle components for this purpose are already arranged on the outer lateral surface or coupled to the outer lateral surface in such a way that a simple and, if applicable, quick-to-install connection possibility with the inlet and outlet of the first channel takes place. Particularly preferably, at least one heat exchanger plate already in the original flat state recesses or holes, wherein after completion of the winding process, it is possible in a particularly simple manner, the inlet or outlet nozzle to the spiral heat exchanger, in particular on the outer surface, to arrange and with this couple. In the context of the invention, the coupling can in turn be effected, for example, by a cohesive joining method, in particular by a solder connection or a welded connection, but the coupling can also be effected by means of a seal such that the connection piece is arranged in the opening in a form-fitting manner. It is also conceivable within the scope of the invention that the neck is arranged with a seal before the winding process or shortly before completion of the winding process in the recess of the flat sheet and then by the winding process itself, in particular by applying or winding an end portion of the flat sheet, is arranged positively. As a result, a connection to the first channel is then produced on the basis of the connecting piece, wherein the connecting pieces are then held firmly against the spiral heat exchanger by the positive connection and, on the other hand, seal the first channel in a fluid-tight manner.

Weiterhin bevorzugt ist an den Stirnseiten des Spiralwärmetauschers jeweils ein Deckelblech angeordnet, wobei mindestens ein Deckelblech einen Einlassstutzen oder Auslassstutzen für den zweiten Kanal aufweist. Das Deckelblech selbst ist dabei derart ausgebildet, dass es entweder nach dem Prinzip eines Rohrbodens den Spiralwärmetauscher seitlich abschließt und durch Öffnungen jeweils eine strömungstechnische Verbindung mit dem zweiten Kanal herstellt oder aber, dass das Deckelblech derart als hohles Bauteil ausgebildet ist und mit der Außenmantelfläche des gewickelten Spiralwärmetauschers gekoppelt wird, so dass hierdurch eine Vorsammelkammer zum Durchströmen oder Abströmen des zweiten Kanals gebildet wird, wobei der erste Kanal von dem zweiten Kanal aufgrund der Stege zwischen den zwei Wärmetauscherblechen fluiddicht abgeschottet ist.Further preferably, a cover plate is arranged on each of the end faces of the spiral heat exchanger, wherein at least one cover plate has an inlet connection or outlet connection for the second channel. The cover plate itself is designed such that it closes the spiral heat exchanger laterally either on the principle of a tube plate and each establishes a fluidic connection with the second channel through openings or that the cover plate is formed as a hollow component and wound with the outer circumferential surface of the Spiral heat exchanger is coupled so that in this way a pre-collection chamber for flowing or outflow of the second channel is formed, wherein the first channel of the second channel is fluid-tightly sealed off due to the webs between the two heat exchanger plates.

Ferner ist das Flachblech bevorzugt in Wicklungsrichtung länger ausgebildet als das Labyrinthblech, wobei ein Endabschnitt des Flachblechs gegenüber dem Labyrinthblech an der Außenmantelfläche des Spiralwärmetauschers zumindest abschnittsweise aufgewickelt ist und eine Abschlusskante fluiddicht, insbesondere stoffschlüssig, mit der Außenmantelfläche gekoppelt ist.Furthermore, the flat plate is preferably longer in the winding direction than the labyrinth plate, wherein an end portion of the flat plate relative to the labyrinth plate on the outer circumferential surface of the spiral heat exchanger at least is wound in sections and a terminal edge fluid-tight, in particular cohesively coupled to the outer circumferential surface.

Somit ist es ausschließlich notwendig, zur Koppelung und auch zum fluiddichten Abschluss des Spiralwärmetauschers die Abschlusskante des Endabschnitts des Flachblechs mit der Außenmantelfläche des Spiralwärmetauschers zu koppeln. Die Trennung der zwei Kanäle über die Länge des Spiralwärmetauschers erfolgt durch die zwei Wärmetauscherbleche selbst, die jeweils für sich einstückig und werkstoffeinheitlich ausgebildet sind und somit eine Abtrennung der Kanäle gegeneinander ermöglichen. Durch jeweilige Wahl der zuvor beschriebenen Deckelbleche erfolgt dann endseitig die Abdichtung des Spiralwärmetauschers und/oder der Kanäle gegeneinander.Thus, it is only necessary to couple the end edge of the end portion of the flat plate with the outer circumferential surface of the spiral heat exchanger for coupling and for fluid-tight completion of the spiral heat exchanger. The separation of the two channels over the length of the spiral heat exchanger takes place through the two heat exchanger plates themselves, which are each formed in one piece and material uniformly and thus allow separation of the channels against each other. By respective choice of the cover plates described above then the sealing of the spiral heat exchanger and / or the channels takes place against each other at the end.

Im Rahmen der Erfindung ist weiterhin bevorzugt der Endabschnitt des Flachblechs im Wesentlichen einmal vollständig um den Spiralwärmetauscher gewickelt. Gegebenenfalls damit in Zusammenhang stehende Anschlüsse bezüglich der Zu- und Ableitungen zu dem ersten Kanal werden insbesondere dann im Bereich der Ausnehmung des Flachblechs noch einmal durch den dazu korrespondierenden Bereich unterhalb der Ausnehmung des Flachblechs durchgeführt und anschließend wird der Stutzen entsprechend mit dem Endabschnitt gekoppelt oder aber durch den Endabschnitt mit eingewickelt und stellt somit strömungstechnisch die Verbindung zum ersten Kanal her.In the context of the invention, furthermore, the end section of the flat sheet is preferably wound substantially once completely around the spiral heat exchanger. If appropriate, connections in connection therewith with respect to the inlets and outlets to the first channel are again carried out in the region of the recess of the flat plate again through the corresponding area below the recess of the flat plate and then the nozzle is coupled with the end portion or wrapped by the end portion with and thus provides fluidic connection to the first channel ago.

Weiterer Bestandteil der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung des Spiralwärmetauschers, wobei der Spiralwärmetauscher mindestens eines der zuvor genannten Merkmale aufweist, und sich das Verfahren durch folgende Verfahrensschritte auszeichnet:

– Bereitstellen eines Flachbleches und eines Stege aufweisenden Labyrinthbleches,
– Zumindest abschnittsweises Koppeln von Flachblech und Labyrinthblech, derart, dass die Stege in Kontakt mit dem Flachblech kommen und zwischen dem Labyrinthblech und dem Flachblech ein erster Kanal ausgebildet wird
– Spiralförmiges Aufwickeln der gekoppelten Bleche unter Eingliederung von Trennstegen, wobei in dem durch die Wicklung eingeschlossenen Zwischenraum ein zweiter Kanal ausgebildet wird,
– Koppeln eines Endabschnittes des Flachbleches mit einer Außenmantelfläche der aufgewickelten Bleche, insbesondere fluiddichtes Koppeln,
– Einbringen von Anschlussstutzen für den ersten Kanal auf der Außenmantelfläche des Spiralwärmetauschers,
– Koppeln von Deckelblechen an den Außenseiten der aufgewickelten Bleche, wobei der zweite Kanal strömungstechnisch mit den Deckelblechen verbunden ist.

Another component of the present invention is a method for producing the spiral heat exchanger, wherein the spiral heat exchanger has at least one of the aforementioned features, and the method is characterized by the following method steps:

- Providing a flat plate and a webs having labyrinth sheet,
- At least partially coupling flat plate and labyrinth plate, such that the webs come into contact with the flat plate and between the labyrinth plate and the flat plate, a first channel is formed
Spiral winding of the coupled sheets incorporating dividers, wherein a second channel is formed in the space enclosed by the winding,
Coupling an end section of the flat plate to an outer lateral surface of the wound plates, in particular fluid-tight coupling,
Inserting connecting pieces for the first channel on the outer circumferential surface of the spiral heat exchanger,
- Coupling of cover sheets on the outer sides of the wound sheets, wherein the second channel is fluidly connected to the cover plates.

Das Verfahren zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass sich die Strömungsrichtungen bzw. Strömungslenkungen in dem ersten Kanal gezielt durch die Orientierung der Stege einstellen lassen. Somit können auch komplexe Strömungsgeometrien besonders einfach realisiert werden, da diese zunächst an den flächig ausgebildeten Wärmetauscherblechen einstellbar sind und durch den anschließenden Wicklungsvorgang dann auch in ansonsten nur schwer oder gar nicht zugänglichen Bereichen eines Wärmetauscherkanalsystems ausgebildet sind. Insbesondere erfolgt dies unter Berücksichtigung besonders günstiger Produktionskosten aufgrund der nur zwei zu wählenden, flächig ausgebildeten Wärmetauscherbleche.The method is characterized in particular by the fact that the flow directions or flow deflections in the first channel can be adjusted specifically by the orientation of the webs. Thus, even complex flow geometries can be realized in a particularly simple manner, since they are initially adjustable on the flat heat exchanger plates and are then formed by the subsequent winding process in otherwise difficult or impossible access areas of a heat exchanger duct system. In particular, this takes place taking into account particularly favorable production costs due to the only two to be selected, areal formed heat exchanger plates.

Weiterhin bevorzugt werden in den Endabschnitt des Flachblechs zunächst mindestens zwei Öffnungen eingebracht, wobei die Öffnungen zur Aufnahme der jeweiligen Anschlussstutzen, insbesondere in Form von Einlassstutzen und Auslassstutzen, für den ersten Kanal dienen. Hierzu wird dann, wie bereits zuvor beschrieben, der Einlassstutzen oder der Auslassstutzen entweder an die Außenmantelfläche des Endabschnitts gekoppelt oder aber durch den Endabschnitt direkt mit eingewickelt. Im Falle der eingewickelten Stutzen können diese beispielsweise durch eine Dichtung, welche als metallische Dichtung, als Kunststoffdichtung oder aber auch als Elastomerdichtung ausgebildet sein kann, bereits durch bloßen Formschluss gekoppelt werden und aufgrund der Dichtung den ersten Kanal fluiddicht abdichten. Im Rahmen der Erfindung können diese jedoch auch zusätzlich stoffschlüssig mit dem Endabschnitt des Flachblechs gekoppelt werden.Furthermore, at least two openings are preferably initially introduced into the end section of the flat sheet, the openings for receiving the respective connection stubs, in particular in the form of inlet stubs and outlet stubs, serving for the first channel. For this purpose, as already described above, the inlet nozzle or the outlet nozzle is then either coupled to the outer circumferential surface of the end portion or else directly wrapped by the end portion. In the case of wrapped nozzles, these can be coupled, for example, by a seal, which can be formed as a metallic seal, as a plastic seal or as an elastomer seal, already by mere positive engagement and seal the first channel fluid-tight due to the seal. In the context of the invention, however, these can also be coupled cohesively with the end portion of the flat sheet.

Insbesondere wird der Endabschnitt des Flachblechs zumindest abschnittsweise in Wicklungsrichtung auf die Außenmantelfläche der aufeinander gewickelten Wärmetauscherbleche aufgewickelt, bevorzugt wird der Endabschnitt im Wesentlichen um eine Wicklung auf die Außenmantelfläche der aufeinander gewickelten Wärmetauscherbleche aufgewickelt, wobei Öffnungen durch den Endabschnitt derart eingebracht werden, dass ein strömungstechnischer Verbund mit dem ersten Kanal hergestellt wird und anschließend Anschlussstutzen in die Öffnungen eingebracht werden. Die Anschlussstutzen können jedoch auch, wie zuvor beschrieben, bereits in den Öffnungen angeordnet sein und dann mit auf den Spiralwärmetauscher aufgewickelt werden, wobei anschließend oder aber im Vorhinein eine Öffnung derart eingebracht wird, dass der erste Kanal strömungstechnisch mit den Anschlussstutzen gekoppelt wird.In particular, the end portion of the flat sheet is at least partially wound in the winding direction on the outer surface of the wound heat exchanger plates, preferably, the end portion is wound around a winding on the outer circumferential surface of the wound heat exchanger plates substantially, wherein openings are introduced through the end portion such that a fluidic composite is manufactured with the first channel and then connecting pieces are introduced into the openings. However, the connecting pieces can also, as described above, already be arranged in the openings and then wound onto the spiral heat exchanger, wherein subsequently or in advance an opening is introduced such that the first channel is fluidically coupled to the connecting piece.

Die zuvor genannten Merkmale können beliebig untereinander kombiniert werden, ohne dabei den Rahmen der Erfindung zu verlassen. The aforementioned features can be combined as desired without departing from the scope of the invention.

Weitere Vorteile, Merkmale, Eigenschaften und Aspekte der vorliegenden Erfindung sind Bestandteil der nachfolgenden Beschreibung. Bevorzugte Ausführungsvarianten sind in den schematischen Figuren dargestellt. Diese dienen dem einfachen Verständnis der Erfindung. Es zeigen:Further advantages, features, characteristics and aspects of the present invention are part of the following description. Preferred embodiments are shown in the schematic figures. These are for easy understanding of the invention. Show it:

1a und b einen erfindungsgemäßes Ausgangsmaterial zur Herstellung eines Spiralwärmetauschers; 1a and b an inventive starting material for producing a spiral heat exchanger;

2a und b einen erfindungsgemäßes Ausgangsmaterial zur Herstellung eines Spiralwärmetauschers; 2a and b an inventive starting material for producing a spiral heat exchanger;

3 einen ersten Verfahrensschritt zur Herstellung eines Spiralwärmetauschers; 3 a first process step for producing a spiral heat exchanger;

4a und b einen Wicklungsvorgang zur Herstellung eines Spiralwärmetauschers und 4a and b a winding process for producing a spiral heat exchanger and

5a, b, c einen erfindungsgemäß gewickelten Spiralwärmetauscher in einer ersten Ausführungsvariante und 5a , b, c a coil wound according to the invention in a first embodiment and

6a, b, c einen erfindungsgemäß gewickelten Spiralwärmetauscher in einer zweiten Ausführungsvariante. 6a , b, c a wound according to the invention spiral heat exchanger in a second embodiment.

In den Figuren werden für gleiche oder ähnliche Bauteile dieselben Bezugszeichen verwendet, auch wenn eine wiederholte Beschreibung aus Vereinfachungsgründen entfällt.In the figures, the same reference numerals are used for the same or similar components, even if a repeated description is omitted for reasons of simplicity.

1a und 1b zeigen ein Labyrinthblech 1 und ein Flachblech 2 zum Herstellen des erfindungsgemäßen Spiralwärmetauschers. Hierzu weist das Labyrinthblech 1 ein Grundblech 3 auf, wobei gegenüber einer Oberfläche 4 des Grundblechs 3 Stege 5 hervorstehend ausgebildet sind und hierdurch auf dem Grundblech 3 ein Nutensystem ausgebildet wird. Die Stege 5 sind dabei derart auf dem in 1a dargestellten Grundblech 3 angeordnet, dass sich ein schlangenlinienförmiger Verlauf, dargestellt durch die Richtungspfeile 6, auf dem Grundblech 3 ergibt. 1a and 1b show a labyrinth sheet 1 and a flat sheet 2 for producing the spiral heat exchanger according to the invention. For this purpose, the labyrinth sheet 1 a base plate 3 on, being opposite to a surface 4 of the base sheet 3 Stege 5 are formed protruding and thereby on the base plate 3 a groove system is formed. The bridges 5 are doing so on the in 1a illustrated base plate 3 arranged that a serpentine course, represented by the directional arrows 6 , on the base plate 3 results.

In 1b ist das Flachblech 2 dargestellt, wobei das Flachblech 2 einen Endabschnitt 7 aufweist und in dem Endabschnitt 7 zwei Ausnehmungen 8 ausgebildet sind, die der späteren Aufnahme von hier nicht näher dargestellten Anschlussstutzen für einen Vorlauf- und einen Rücklaufkanal dienen. Ferner dargestellt ist in 1b das Flachblech 2 in einer Seitenansicht, wobei zu erkennen ist, dass auf dem Flachblech 2 Trennstege 9 angeordnet sind. Die Trennstege 9 dienen dazu, bei der späteren Aufwicklung zu dem Spiralwärmetauscher einen Abstand zwischen den beiden Wärmetauscherblechen 1, 2 einzustellen.In 1b is the flat sheet 2 shown, wherein the flat sheet 2 an end section 7 and in the end section 7 two recesses 8th are formed, which serve the later inclusion of not shown here, connecting pieces for a flow and a return channel. Further shown in FIG 1b the flat sheet 2 in a side view, wherein it can be seen that on the flat sheet 2 dividers 9 are arranged. The dividers 9 serve, during the subsequent winding to the spiral heat exchanger, a distance between the two heat exchanger plates 1 . 2 adjust.

2a und 2b zeigen hierzu eine ähnliche Ausführungsvariante, wobei das Labyrinthblech 1 nicht nur, wie in 1a dargestellt, einen ersten Kanal 10 aufweist, sondern zweimal einen ersten Kanal 10 aufweist, wobei das nicht näher dargestellte Fluid entsprechend durch den jeweiligen Kanal 10 strömt. 2b zeigt analog dazu ein entsprechendes Flachblech 2, wobei das Flachblech 2 wiederum in einem Endabschnitt 7 Ausnehmungen 8 darstellt, hierbei jedoch vier Ausnehmungen 8 dargestellt sind, die jeweils als Vorlauf und Rücklauf bzw. Einlass- 17 und Auslassstutzen 18 für einen Vorlauf und Rücklauf bzw. Einlass- 17 und Auslassstutzen 18 von einem nicht näher dargestellten Anschluss dienen und korrespondierend zu den zwei ersten Kanälen 10, 15 angeordnet sind. 2a and 2 B show a similar embodiment variant, wherein the labyrinth sheet 1 not only, as in 1a shown, a first channel 10 but twice a first channel 10 has, wherein the fluid not shown in accordance with the respective channel 10 flows. 2 B shows analogous to a corresponding flat sheet 2 , where the flat sheet 2 again in an end section 7 recesses 8th represents, but here four recesses 8th shown as forward and reverse or inlet 17 and outlet 18 for a supply and return or intake 17 and outlet 18 serve from a connection, not shown, and corresponding to the two first channels 10 . 15 are arranged.

3 zeigt einen ersten Verfahrensschritt zur Herstellung des erfindungsgemäßen Spiralwärmetauschers 16, wobei hier das Labyrinthblech 1 mit dem Flachblech 2 derart gekoppelt wird, dass sich zwischen den beiden Blechen 1, 2 ein Kanalsystem für den ersten Kanal 10 ausbildet. Gegenüber einer Außenseite 11 stehen die Trennstege 9 über, die in einem späteren Wicklungsprozess eine Beabstandung der einzelnen Wicklungen zueinander ermöglichen. Ferner ist ein Ende 12 der miteinander gefügten Bleche 1, 2 derart umgestellt, dass hier ein Wicklungsanfang für den späteren Wicklungsprozess des Spiralwärmetauschers hergestellt ist. Ebenfalls gut zu erkennen ist, dass das Flachblech 2 mit einem Endabschnitt 7 über das Labyrinthblech 1 überstehend ausgebildet ist, so dass in einer bevorzugten Ausführungsvariante der Endabschnitt 7 zumindest abschnittsweise in Wicklungsrichtung über das Labyrinthblech 1 gewickelt wird, vorzugsweise dieses im Wesentlichen eine Wicklung umschließt. 3 shows a first process step for producing the spiral heat exchanger according to the invention 16 , where here is the labyrinth sheet 1 with the flat sheet 2 coupled so that is between the two sheets 1 . 2 a channel system for the first channel 10 formed. Opposite an outside 11 stand the dividers 9 over, which allow in a later winding process, a spacing of the individual windings to each other. There is also an end 12 the sheets joined together 1 . 2 switched so that here a winding start for the subsequent winding process of the spiral heat exchanger is made. Also good to see is that the flat sheet 2 with an end portion 7 over the labyrinth sheet 1 is formed projecting, so that in a preferred embodiment, the end portion 7 at least in sections in the winding direction over the labyrinth sheet 1 is wound, preferably this substantially encloses a winding.

4a und 4b zeigen jeweils den Beginn des Wicklungsvorgangs für einen erfindungsgemäßen Spiralwärmetauscher. Hierzu steht der Endabschnitt 7 des Flachblechs 2 wiederum gegenüber dem wicklungsseitigen Ende 12 des Labyrinthblechs 1 über. In dem Endabschnitt 7 sind Ausnehmungen 8 zur späteren Platzierung der entsprechenden, nicht näher dargestellten Stutzen für einen Anschluss des ersten Kanals 10 dargestellt. Dieser ist ferner in der schraffierten Durchsicht dargestellt, wobei der Kanal 10 entsprechend durch die Distanz zwischen Labyrinthblech 1 und Flachblech 2 aufgrund der Stege 5 ausgebildet wird. Ebenfalls dargestellt sind die auf der Unterseite des Flachblechs 2 angeordneten Trennstege 9, wobei die Trennstege 9 dann auf der rechten Bildseite darstellt einen Abstand a zwischen Außenseite 12 des Flachblechs 2 und Außenseite 14 des Labyrinthblechs 1 einstellen, wobei in diesem beabstandeten Raum der zweite Kanal 15 ausgebildet ist. 4a and 4b each show the beginning of the winding process for a spiral heat exchanger according to the invention. This is the end section 7 of the flat sheet 2 again opposite the winding end 12 of the labyrinth sheet 1 above. In the end section 7 are recesses 8th for later placement of the corresponding, unspecified nozzle for a connection of the first channel 10 shown. This is also shown in the hatched review, the channel 10 according to the distance between labyrinth sheet 1 and flat sheet 2 due to the bars 5 is trained. Also shown are those on the underside of the flat sheet 2 arranged dividers 9 , wherein the dividers 9 then on the right side of the picture represents a distance a between outside 12 of the flat sheet 2 and outside 14 of the labyrinth sheet 1 set, wherein in this spaced space the second channel 15 is trained.

4b zeigt eine hierzu analoge Ausführungsvariante mit dem Unterschied, dass analog zu 2a/b zwei Mal ein erster Strömungskanal 10 zwischen den beiden Blechen 1, 2 ausgebildet ist und hierzu korrespondierend vier Ausnehmungen 8 in dem Endabschnitt 7 vorgesehen sind, so dass jeder der zwei ersten Kanäle 10 einen Vorlauf und einen Rücklauf erlangt. 4b shows a similar embodiment variant with the difference that analogous to 2a / b twice a first flow channel 10 between the two sheets 1 . 2 is formed and corresponding thereto four recesses 8th in the end section 7 are provided so that each of the two first channels 10 obtained a lead and a return.

5a, b und c zeigen im Falle von 5a eine Seitenansicht, im Falle von 5b eine Perspektivansicht und im Falle von 5c eine Stirnseitenansicht des erfindungsgemäßen Spiralwärmetauschers 16. Hierzu weist der Spiralwärmetauscher 16 einen Einlassstutzen 17 sowie einen Auslassstutzen 18 auf, wobei Einlassstutzen 17 und Auslassstutzen 18 mit einer Außenmantelfläche 19 gekoppelt sind. Dies ist beispielsweise in 5c im Falle des Einlassstutzens 17 dargestellt. Ferner erkennbar sind in 5c der erste Kanal 10 und der zweite Kanal 15, wobei jeweils innenliegend dargestellt das Labyrinthblech 1 ausgebildet ist und außenliegend dargestellt das Flachblech 2. Zwischen dem Labyrinthblech 1 und dem Flachblech 2 ist somit der erste Kanal 10 ausgebildet und wiederum zwischen den einzelnen Wicklungen jeweils der zweite Kanal 15, wobei die Wicklungen aufgrund der Trennstege 9 auf Abstand gehalten werden. 5a , b and c show in case of 5a a side view, in the case of 5b a perspective view and in the case of 5c an end view of the spiral heat exchanger according to the invention 16 , For this purpose, the spiral heat exchanger 16 an inlet nozzle 17 and an outlet 18 on, with inlet nozzles 17 and outlet 18 with an outer circumferential surface 19 are coupled. This is for example in 5c in the case of the inlet nozzle 17 shown. It can also be seen in 5c the first channel 10 and the second channel 15 , wherein in each case shown inside the labyrinth sheet 1 is formed and outboard represented the flat plate 2 , Between the labyrinth sheet 1 and the flat sheet 2 is thus the first channel 10 formed and in turn between the individual windings each of the second channel 15 , wherein the windings due to the dividers 9 be kept at a distance.

Ferner dargestellt ist in der Ausführungsvariante gemäß 5, dass ein Sockelbereich 20 des dargestellten Einlassstutzens 17 hier dargestellt auf einer Außenmantelfläche 19 des Spiralwärmetauschers 16 aufgesetzt ist und mit diesem beispielsweise verlötet ist. Im Rahmen der Erfindung kann jedoch auch der Stutzen bereits im Vorhinein durch die Ausnehmung 8 geführt werden und gleichzeitig mit aufgewickelt werden. Hierzu wäre dann über einer Außenauflagefläche 21 des Sockelbereichs 20 eine formschlüssige Überdeckung durch den Endabschnitt 7 gegeben, die wiederum eine Fluiddichtung darstellt. Die jeweils in 5a und 5b angedeuteten Strömungspfeile 22 dienen exemplarisch der Visualisierung der Anströmung des zweiten Kanals 15, wobei dann jeweils die Stirnseiten 23 des Wärmetauschers mit nicht näher dargestellten Deckelblechen verschlossen werden, um dadurch eine Anströmung des zweiten Kanals 15 zu ermöglichen.Also shown in the embodiment according to 5 that a pedestal area 20 of the illustrated inlet nozzle 17 shown here on an outer circumferential surface 19 of the spiral heat exchanger 16 is attached and soldered with this example. In the context of the invention, however, also the nozzle already in advance through the recess 8th be guided and simultaneously wound up with. This would then be on an outer support surface 21 of the pedestal area 20 a positive overlap by the end portion 7 given, which in turn represents a fluid seal. The respectively in 5a and 5b indicated flow arrows 22 serve exemplarily the visualization of the flow of the second channel 15 , in which case in each case the end faces 23 the heat exchanger are closed with cover plates, not shown, thereby to a flow of the second channel 15 to enable.

Ferner dargestellt ist eine analoge Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Wärmetauschers in 6a, b und c, wobei hier, wie bereits in 2 und 4b dargestellt, eine Ausführungsvariante mit zwei ersten Kanälen 10 dargestellt ist, die dann wiederum jeweils über einen Einlassstutzen 17 und einen Auslassstutzen 18 verfügen. Exemplarisch sei die Strömungsrichtung eines Fluids innerhalb des ersten Kanals 10 durch den Strömungspfeil 24 angedeutet, wobei sich ergänzend hierzu das Fluid über die gesamten Windungen des Spiralwärmetauschers 16 zusätzlich erstreckt.Also shown is an analogous embodiment of the heat exchanger according to the invention in 6a , b and c, where here, as already in 2 and 4b shown, a variant with two first channels 10 is shown, which in turn in each case via an inlet port 17 and an outlet 18 feature. As an example, let the flow direction of a fluid within the first channel 10 through the flow arrow 24 indicated, in addition to the fluid over the entire turns of the spiral heat exchanger 16 additionally extends.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Labyrinthblechlabyrinth sheet
22: Flachblechflat sheet
33: Grundblechbase plate
44: Oberfläche zu 3 Surface too 3
55: Stegweb
66: Richtungspfeilarrow
77: Endabschnitt zu 2 End section to 2
88th: Ausnehmungrecess
99: Trennstegdivider
1010: erster Kanalfirst channel
1111: Außenseite zu 2 Outside too 2
1212: Ende zu 1, 2 End to 1 . 2
1313: wicklungsseitiges Ende zu 1 winding end 1
1414: Außenseite zu 1 Outside too 1
1515: zweiter Kanalsecond channel
1616: SpiralwärmetauscherSpiral heat exchanger
1717: Einlassstutzen zu 10 Inlet port too 10
1818: Auslassstutzen zu 10 Outlet port too 10
1919: Außenmantelfläche zu 16 Outer jacket surface too 16
2020: Sockelbereichplinth
2121: Außenauflagefläche zu 20 Outer contact surface too 20
2222: Strömungspfeilflow arrow
2323: Stirnseitefront
2424: Strömungspfeilflow arrow
aa: Abstanddistance

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

WO 2006/032258 A1 [0005] WO 2006/032258 A1 [0005]
DE 102010044937 A1 [0005] DE 102010044937 A1 [0005]

Claims

Spiralwärmetauscher (16), insbesondere Abgaswärmetauschers für ein Kraftfahrzeug, wobei der Spiralwärmetauscher (16) aus zwei aufgewickelten Wärmetauscherblechen ausgebildet ist und zwischen den Wicklungen Trennstege (9) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Wärmetauscherbleche miteinander gefügt sind und zwischen den zwei Wärmetauscherblechen ein erster Kanal (10) ausgebildet ist und dass die zwei gefügten Wärmetauscherbleche unter Eingliederung der Trennstege (9) aufgewickelt sind, wobei zwischen den aufgewickelten Außenwänden der Wärmetauscherbleche ein zweiter Kanal (15) ausgebildet ist.Spiral heat exchanger ( 16 ), in particular exhaust gas heat exchanger for a motor vehicle, wherein the spiral heat exchanger ( 16 ) is formed from two wound heat exchanger plates and between the windings separating webs ( 9 ) are arranged, characterized in that the two heat exchanger plates are joined together and between the two heat exchanger plates, a first channel ( 10 ) is formed and that the two joined heat exchanger plates under inclusion of the separating webs ( 9 ) are wound, wherein between the wound outer walls of the heat exchanger plates a second channel ( 15 ) is trained.

Spiralwärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmetauscherbleche aus metallischem Werkstoff ausgebildet sind.Spiral heat exchanger according to claim 1, characterized in that the heat exchanger plates are formed of metallic material.

Spiralwärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Wärmetauscherbleche als ein Labyrinthblech (1) und ein Flachblech (2) ausgebildet sind, wobei das Labyrinthblech (1) eine Labyrinthstruktur aufweist, durch die ein Nutensystem ausgebildet wird, wobei durch Koppelung mit dem Flachblech (2) ein Kanalsystem ausgebildet ist.Spiral heat exchanger according to claim 1 or 2, characterized in that the two heat exchanger plates as a labyrinth sheet ( 1 ) and a flat sheet ( 2 ), wherein the labyrinth sheet ( 1 ) has a labyrinth structure through which a groove system is formed, wherein by coupling with the flat sheet ( 2 ) a channel system is formed.

Spiralwärmetauscher nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Labyrinthblech (1) Stege (5) ausgebildet sind, wobei die Stege (5) gegenüber einer Oberfläche des Bleches überstehen und die Stege (5) an Ihren freien Enden (12) mit dem Flachblech (2) gekoppelt sind.Spiral heat exchanger according to the preceding claim, characterized in that on the labyrinth sheet ( 1 ) Webs ( 5 ) are formed, wherein the webs ( 5 ) over a surface of the sheet and the webs ( 5 ) at your free ends ( 12 ) with the flat sheet ( 2 ) are coupled.

Spiralwärmetauscher nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Stege (5) und das Flachblech (2) zumindest abschnittsweise fluiddicht, insbesondere stoffschlüssig miteinander gekoppelt sind.Spiral heat exchanger according to the preceding claim, characterized in that the webs ( 5 ) and the flat sheet ( 2 ) are at least partially fluid-tight, in particular cohesively coupled to each other.

Spiralwärmetauscher nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennstege (9) auf einer dem Labyrinthblech (1) gegenüberliegenden Seite des Flachbleches (2) angeordnet sind, bevorzugt sind die Trennstege (9) mit dem Flachblech (2) gekoppelt, besonders bevorzugt stoffschlüssig gekoppelt, insbesondere sind die Trennstege (9) zumindest abschnittsweise mit dem Flachblech (2) fluiddicht gekoppelt.Spiral heat exchanger according to one of claims 3 to 5, characterized in that the separating webs ( 9 ) on a labyrinth sheet ( 1 ) opposite side of the flat sheet ( 2 ) are arranged, preferably the separating webs ( 9 ) with the flat sheet ( 2 ), particularly preferably cohesively coupled, in particular, the separating webs ( 9 ) at least in sections with the flat sheet ( 2 ) coupled fluid-tight.

Spiralwärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennstege (9) aus Metall oder aus Kunststoff ausgebildet sind.Spiral heat exchanger according to one of claims 1 to 6, characterized in that the separating webs ( 9 ) are formed of metal or plastic.

Spiralwärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in dem ersten Kanal (10) und/oder dem zweiten Kanal (15) Turbulatoren angeordnet sind, wobei die Turbulatoren insbesondere als externe Turbulatoren in den jeweiligen Kanälen (10, 15) angeordnet sind oder die Turbulatoren sind in und/oder an und/oder durch die Stege (5) und/oder Trennstege (9) ausgebildet.Spiral heat exchanger according to one of claims 1 to 7, characterized in that in the first channel ( 10 ) and / or the second channel ( 15 ) Turbulators are arranged, the turbulators in particular as external turbulators in the respective channels ( 10 . 15 ) are arranged or the turbulators are in and / or on and / or by the webs ( 5 ) and / or dividers ( 9 ) educated.

Spiralwärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennstege (9) L-förmig und/oder abschnittsweise unterbrochen ausgebildet sind, derart, dass in dem zweiten Kanal (15) ein Labyrinth-Kanalsystem ausgebildet ist.Spiral heat exchanger according to one of claims 1 to 8, characterized in that the separating webs ( 9 ) Are L-shaped and / or interrupted in sections, such that in the second channel ( 15 ) a labyrinth channel system is formed.

Spiralwärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Einlassstutzen (17) und ein Auslassstutzen (18) für den ersten Kanal (10) an einer Außenmantelfläche (19) des Spiralwärmetauschers (16) ausgebildet ist.Spiral heat exchanger according to one of claims 1 to 9, characterized in that an inlet nozzle ( 17 ) and an outlet ( 18 ) for the first channel ( 10 ) on an outer circumferential surface ( 19 ) of the spiral heat exchanger ( 16 ) is trained.

Spiralwärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass an Stirnseiten (23) des Spiralwärmetauschers (16) ein Deckelblech angeordnet ist, wobei mindestens ein Deckelblech einen Einlassstutzen (17) und/oder Auslassstutzen (18) für den zweiten Kanal (15) aufweist.Spiral heat exchanger according to one of claims 1 to 10, characterized in that on end faces ( 23 ) of the spiral heat exchanger ( 16 ) a cover plate is arranged, wherein at least one cover plate has an inlet connection ( 17 ) and / or outlet ( 18 ) for the second channel ( 15 ) having.

Spiralwärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kanal (10) und der zweite Kanal (15) im Kreuzstromprinzip arbeiten oder dass durch L-förmige Anordnung der Trennstege (9) in dem zweiten Kanal (15) ein Hauptströmungsrichtung orthogonal zur Mittellängsachse des Spiralwärmetauschers (16) ausgebildet wird, so dass der erste Kanal (10) und der zweite Kanal (15) im Gleichstromprinzip und/oder Gegenstromprinzip zueinander stehen.Spiral heat exchanger according to one of claims 1 to 11, characterized in that the first channel ( 10 ) and the second channel ( 15 ) work in cross-flow principle or that by L-shaped arrangement of the dividers ( 9 ) in the second channel ( 15 ) a main flow direction orthogonal to the central longitudinal axis of the spiral heat exchanger ( 16 ) is formed so that the first channel ( 10 ) and the second channel ( 15 ) in the DC principle and / or countercurrent principle to each other.

Spiralwärmetauscher nach einem der Ansprüche 3 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Flachblech (2) in Wicklungsrichtung länger ausgebildet ist, als das Labyrinthblech (1), wobei ein Endabschnitt (7) des Flachbleches (2) gegenüber dem Labyrinthblech (1) an der Außenmantelfläche (19) des Spiralwärmetauschers (16) zumindest abschnittsweise aufgewickelt ist und eine Abschlusskante fluiddicht, insbesondere stoffschlüssig, mit der Außenmantelfläche (19) gekoppelt ist.Spiral heat exchanger according to one of claims 3 to 12, characterized in that the flat sheet ( 2 ) is formed longer in the winding direction, than the labyrinth sheet ( 1 ), one end portion ( 7 ) of the flat sheet ( 2 ) opposite the labyrinth sheet ( 1 ) on the outer circumferential surface ( 19 ) of the spiral heat exchanger ( 16 ) is wound at least in sections and a terminal edge fluid-tight, in particular materially, with the outer circumferential surface ( 19 ) is coupled.

Spiralwärmetauscher nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Endabschnitt (7) im Wesentlichen einmal vollständig den Spiralwärmetauscher (16) umwickelt.Spiral heat exchanger according to the preceding claim, characterized in that the end section ( 7 ) essentially once completely the spiral heat exchanger ( 16 wrapped).

Verfahren zur Herstellung eines Spiralwärmetauschers nach mindestens Anspruch 1, gekennzeichnet, durch folgende Verfahrensschritte: – Bereitstellen eines Flachbleches (2) und eines Stege (5) aufweisenden Labyrinthbleches (1), – Zumindest abschnittsweises Koppeln von Flachblech (2) und Labyrinthblech (1), derart, dass die Stege (5) in Kontakt mit dem Flachblech (2) kommen und zwischen dem Labyrinthblech (1) und dem Flachblech (2) ein erster Kanal (10) ausgebildet wird, – Spiralförmiges Aufwickeln der gekoppelten Bleche unter Eingliederung von Trennstegen (9), wobei in dem durch die Wicklung eingeschlossenen Zwischenraum ein zweiter Kanal (15) ausgebildet wird, – Koppeln eines Endabschnittes (7) des Flachbleches (2) mit einer Außenmantelfläche (19) der aufgewickelten Bleche, insbesondere fluiddichtes Koppeln, – Einbringen von Anschlusstutzen für den ersten Kanal (10) auf der Außenmantelfläche (19) des Spiralwärmetauschers (16), – Koppeln von Deckelblechen an den Außenseiten (14) der aufgewickelten Bleche, wobei der zweite Kanal (15) strömungstechnisch mit den Deckelblechen verbunden ist.Process for the production of a spiral heat exchanger according to at least Claim 1, characterized by the following process steps: - Provision of a flat sheet ( 2 ) and a footbridge ( 5 ) having labyrinth sheets ( 1 ), - at least section-wise coupling of flat sheet ( 2 ) and labyrinth sheet ( 1 ), such that the Footbridges ( 5 ) in contact with the flat sheet ( 2 ) and between the labyrinth sheet ( 1 ) and the flat sheet ( 2 ) a first channel ( 10 ), - Spiral winding of the coupled sheets with inclusion of separating webs ( 9 ), wherein in the space enclosed by the winding, a second channel ( 15 ), - coupling an end section ( 7 ) of the flat sheet ( 2 ) with an outer circumferential surface ( 19 ) of the wound sheets, in particular fluid-tight coupling, - introduction of connection pieces for the first channel ( 10 ) on the outer surface ( 19 ) of the spiral heat exchanger ( 16 ), - coupling cover sheets on the outer sides ( 14 ) of the wound sheets, the second channel ( 15 ) is fluidically connected to the cover plates.

Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Endabschnitt (7) des Flachbleches (2) mindestens zwei Öffnungen eingebracht werden, wobei die Öffnungen zur Aufnahme der Anschlussstutzen für den ersten Kanal (10) dienen.Method according to claim 15, characterized in that in the end section ( 7 ) of the flat sheet ( 2 ) at least two openings, wherein the openings for receiving the connecting pieces for the first channel ( 10 ) serve.

Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Endabschnitt (7) zumindest abschnittsweise in Wicklungsrichtung auf die Außenmantelfläche (19) der aufeinandergewickelten Wärmetauscherbleche aufgewickelt wird, insbesondere wird der Endabschnitt (7) im Wesentlichen um eine Wicklung auf die Außenmantelfläche (19) der aufeinandergewickelten Wärmetauscherbleche aufgewickelt, wobei Öffnungen durch den Endabschnitt (7) derart eingebracht werden, dass ein strömungstechnischer Verbund mit dem ersten Kanal (10) hergestellt wird und anschließend Anschlussstutzen (17, 18) in die Öffnungen eingebracht werden.Method according to claim 15 or 16, characterized in that the end section ( 7 ) at least in sections in the winding direction on the outer circumferential surface ( 19 ) is wound up the wound heat exchanger plates, in particular the end portion ( 7 ) substantially around a winding on the outer circumferential surface ( 19 ) wound on the heat exchanger plates, wherein openings through the end portion ( 7 ) are introduced such that a fluidic connection with the first channel ( 10 ) and then connecting pieces ( 17 . 18 ) are introduced into the openings.