DE102012222638A1

DE102012222638A1 - Wärmeübertrager

Info

Publication number: DE102012222638A1
Application number: DE102012222638.9A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Maucher; Steffen Ensminger; Spasoje Ignjatovic; Jürgen Barwig
Original assignee: Behr GmbH and Co KG
Current assignee: Mahle Behr GmbH and Co KG
Priority date: 2012-12-10
Filing date: 2012-12-10
Publication date: 2014-06-12
Also published as: US20170016679A1; EP2929267B1; WO2014090683A1; EP2929267A1; US10295267B2; DE112013005886A5

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager mit einem Block erster und zweiter Strömungskanäle, die benachbart zueinander angeordnet sind, wobei der Block an einer Einströmseite und an einer Ausströmseite der ersten Strömungskanäle offen ausgebildet ist zur Ein- bzw. Ausströmung eines ersten Fluids in bzw. aus den ersten Strömungskanälen, wobei die zweiten Strömungskanäle Öffnungen aufweisen zur Ein- und Ausströmung eines zweiten Fluids, wobei der Block aus einem ersten Element und aus einem zweiten Element besteht, das erste und das zweite Element jeweils zweite Strömungskanäle und eine Seitenwand bilden, wobei die Elemente derart zusammengefügt sind, dass die beiden Seitenwände sich gegenüberliegende Seitenwände des Blocks bilden und die zweiten Strömungskanäle sich zwischen den Seitenwänden erstrecken und erste Strömungskanäle zwischen sich und den Seitenwänden bilden.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager mit einem Block erster und zweiter Strömungskanäle, die benachbart zueinander angeordnet sind, wobei der Block an einer Einströmseite und an einer Ausströmseite der ersten Strömungskanäle offen ausgebildet ist zur Ein- bzw. Ausströmung eines ersten Fluids in bzw. aus den ersten Strömungskanälen, wobei die zweiten Strömungskanäle Öffnungen aufweisen zur Ein- und Ausströmung eines zweiten Fluids, insbesondere gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Stand der Technik
Wärmeübertrager der obigen Art sind im Stand der Technik beispielsweise für Abgaskühler oder Ladeluftkühler bekannt. Dabei wird als ersten Fluid Abgas bzw. Ladeluft verwendet, wobei als zweites Fluid ein flüssiges Kühlmittel verwendet wird. Die abwechselnde Anordnung der ersten und der zweiten Strömungskanäle bewirkt dabei eine günstige Kühlung des ersten Fluids.
Solche Wärmeübertrager sind beispielsweise als Scheibenwärmeübertrager oder als Stapelscheibenwärmeübertrager bekannt. Bei Scheibenwärmeübertragern werden Paare von Scheiben zu ersten Fluidkanälen verbunden, wobei eine Mehrzahl aufeinander gereihter Scheibenpaare zwischen sich die zweiten Fluidkanäle bilden. Bei Stapelscheibenwärmeübertragern werden gleiche Scheiben aufeinander gestapelt, wobei zwischen den Scheiben abwechselnd erste und zweite Fluidkanäle angeordnet sind.
Nachteilig an den Scheiben- bzw. Stapelscheibenkonzepten ist der Beim Herstellen der Scheiben entstehende Verschnitt bzw. Schneidabfall.
Bei Wärmeübertragern in Rohrbündelbauweise mit einem Rohrbündel, wobei die Rohre des Rohrbündels in Rohrböden verschweißt sind, ist der Montageaufwand relativ hoch.
Darstellung der Erfindung, Aufgabe, Lösung, Vorteile
Daher ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen oben genannten Wärmeübertrager zu schaffen, der einfach und mit einem reduzierten Materialeinsatz aufzubauen ist.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird durch einen Wärmeübertrager mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 gelöst.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager mit einem Block erster und zweiter Strömungskanäle, wobei der Block an einer Einströmseite und an einer Ausströmseite der ersten Strömungskanäle offen ausgebildet ist zur Ein- bzw. Ausströmung eines ersten Fluids in bzw. aus den ersten Strömungskanälen, wobei die zweiten Strömungskanäle Öffnungen aufweisen zur Ein- und Ausströmung eines zweiten Fluids, dadurch gekennzeichnet, dass der Block aus einem ersten Element und aus einem zweiten Element besteht, das erste und das zweite Element jeweils zweite Strömungskanäle und eine Seitenwand bilden, wobei die Elemente derart zusammengefügt sind, dass die beiden Seitenwände sich gegenüberliegende Seitenwände des Blocks bilden und die zweiten Strömungskanäle sich zwischen den Seitenwänden erstrecken und erste Strömungskanäle zwischen sich und den Seitenwänden bilden. Dadurch wird erreicht, dass die vorhandene Anzahl von zweiten Strömungskanälen mit den beiden Seitenwänden zusammen den Block bilden und zwischen den beiden zweiten Strömungskanälen die ersten Strömungskanäle aufnehmen. Auch bilden vorzugsweise zwei zweite Strömungskanäle die verbleibenden Seitenwände des Blocks, so dass dieser vierseitig von einer Wand umschlossen ist. Diese beiden Strömungskanäle sind bevorzugt zwei außen liegende zweite Strömungskanäle. Dadurch wird durch zwei Elemente der gesamte Block gebildet. Ggf. ist es darüber hinaus auch zweckmäßig, wenn in die Strömungskanäle noch Turbulenzeinlagen eingelegt werden.
Auch ist es vorteilhaft, wenn die zweiten Strömungskanäle und die Seitenwand eines Elements aus einem Teil durch Prägen und Falten gefertigt sind. Dabei wird das Element beispielsweise aus Bandmaterial gefertigt, geprägt und gefaltet, so dass zwischen zwei Lagen des Bandmaterials ein Strömungskanal das Fluid des ersten Strömungskanals strömen kann. Durch eine umlaufende Prägung und eine anschließende Verlötung oder anderweitige Abdichtung kann die Vielzahl der zweiten Strömungskanäle gebildet werden.
Weiterhin ist es zweckmäßig, wenn die zweiten Strömungskanäle und die Seitenwand eines Elements kammartig ausgebildet sind. Dadurch kann einfach eine Seitenwand und davon abstehende zweite Strömungskanäle gebildet werden.
Auch ist es zweckmäßig, wenn die zweiten Strömungskanäle eines Elements zwischen die zweiten Strömungskanäle des anderen Elements greifen. Dadurch wird erreicht, dass die beiden Seitenwände sich gegenüberstehen und die zweiten Strömungskanäle parallel zueinander ausgerichtet sind.
Auch ist es zweckmäßig, wenn die zweiten Strömungskanäle eines Elements sich an der Seitenwand des jeweils anderen Elements abstützen. Dadurch wird eine Abdichtung der ersten Strömungskanäle erreicht, da diese zwischen den zweiten Strömungskanälen angeordnet sind.
Weiterhin ist es zweckmäßig, wenn die Seitenwand eines Elements zumindest einen Anlagebereich oder Anlagebereiche aufweist, die der Anlage von zumindest einem Endbereich oder Endbereichen der zweiten Strömungskanäle dienen. Diese Anlagebereiche dienen der Abstützung und sicheren Platzierung vor dem Verbinden bzw. Löten, so dass eine definierte Position erreichbar ist.
Weiterhin ist es zweckmäßig, wenn ein zweiter Strömungskanal an einem Bereich seiner Faltung eine Ein- und/oder Ausströmöffnung aufweist. So kann der Strömungskanal im Bereich der Faltung geprägt sein, um eine Ein- oder Ausströmung durch die so gebildete Öffnung zu erreichen.
Auch ist es zweckmäßig, wenn ein zweiter Strömungskanal an einem Endbereich eine Ein- und/oder Ausströmöffnung aufweist. Dadurch kann erreichet werden, dass der zweite Strömungskanal von der gleichen Seite mit dem Fluid versorgbar ist, wie die anderen zweite Strömungskanäle, die von der anderen Seitenwand abragen. So werden nicht auf beiden Seiten Sammelkästen benötigt. Dadurch kann eine einfache Ausgestaltung erzielt werden.
Besonders zweckmäßig ist es, wenn eine Seitenwand benachbart zu Öffnungen im Endbereich des zweiten Strömungskanals Öffnungen im Anlagenbereich aufweist. Damit können die Öffnungen in den Endbereichen versorgt werden.
Auch ist es zweckmäßig, wenn die Öffnungen zur Ein- und/oder Ausströmung eines Fluids in die oder aus den zweiten Strömungskanälen an einer Seitenwand des Blocks angeordnet sind.
Weiterhin ist es zweckmäßig, wenn die Öffnungen zur Einströmung eines Fluids in die zweiten Strömungskanäle mit einem Sammler mit Fluideinlass versehen sind und die Öffnungen zur Ausströmung eines Fluids aus den zweiten Strömungskanälen mit einem Sammler mit Fluidauslass versehen sind.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Block an seiner Einströmseite und/oder an seiner Ausströmseite der ersten Strömungskanäle mit einem Sammler mit Ein- bzw. Ausströmöffnung versehen ist.
Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen und der nachfolgenden Figurenbeschreibung beschrieben.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von einem Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf eine Zeichnung detailliert erläutert. In der Zeichnung zeigt:
1 eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Wärmeübertragers mit einem Block erster und zweiter Strömungskanäle und mit einer Zu- und Abführung eines ersten Fluids,
2 ein erstes Element zur Bildung des Blocks erster und zweiter Strömungskanäle in einer perspektivischen Darstellung,
3 ein erstes Element zur Bildung des Blocks erster und zweiter Strömungskanäle in einer perspektivischen Darstellung,
4 ein zweites Element zur Bildung des Blocks erster und zweiter Strömungskanäle in einer perspektivischen Darstellung,
5 ein zweites Element zur Bildung des Blocks erster und zweiter Strömungskanäle in einer perspektivischen Darstellung,
6 ein Block erster und zweiter Strömungskanäle in einer perspektivischen Darstellung,
7 ein Block erster und zweiter Strömungskanäle in einer perspektivischen Darstellung,
8 eine weitere schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Wärmeübertragers mit einem Block erster und zweiter Strömungskanäle und mit einer Zu- und Abführung eines ersten Fluids,
9 eine weitere schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Wärmeübertragers mit einem Block erster und zweiter Strömungskanäle und mit einer Zu- und Abführung eines ersten Fluids, und
10 ein weiteres Element zur Bildung des Blocks erster und zweiter Strömungskanäle in einer perspektivischen Darstellung.
Bevorzugte Ausführung der Erfindung
Die 1 zeigt einen Wärmeübertrager 1 mit einem Block 2, wobei der Block 2 erste Strömungskanäle 3 und zweite Strömungskanäle 4 aufweist. Der Block 2 ist durch Seitenwände 5, 6 nach außen begrenzt und weist an den beiden Stirnseiten 7, 8, an welchen die ersten Strömungskanäle 3 offen anströmbar sind, Sammler 9, 10 auf, die mit Ein- bzw. Ausströmöffnungen 11, 12 versehen sind.
Ein erstes Fluid kann durch die Einströmöffnung 11 in den Sammler 9 eintreten, anschließend durch die ersten Strömungskanäle 3 hindurchtreten und über den Sammler 10 und die Austrittsöffnung 12 den Wärmeübertrager 1 verlassen.
Die Stirnseite 7 bildet dabei eine Anströmseite der ersten Strömungskanäle 3 des Blocks 2, wobei die Stirnseite 8 die Ausströmseite der ersten Strömungskanäle 3 des Blocks 2 bildet. An der Einströmseite und an der Ausströmseite sind die ersten Strömungskanäle 3 offen ausgebildet zur Ein- bzw. Ausströmung eines ersten Fluids in die ersten Strömungskanäle 3 bzw. aus den ersten Strömungskanälen 3.
In 1 ist weiterhin zu erkennen, dass die zweiten Strömungskanäle 4 an einer Seitenwand 6 mit Öffnungen 13, 14 versehen sind, die der Einströmung bzw. Ausströmung eines zweiten Fluids in die zweiten Strömungskanäle 4 bzw. aus den zweiten Strömungskanälen 4 dienen.
Die Öffnungen 13, 14 als Einströmöffnungen bzw. Ausströmöffnungen sind in einer Richtung senkrecht zur Strömungsrichtung 15 des ersten Fluids betrachtet übereinander angeordnet. Die Öffnungen 13 sind dabei dem Eintritt des ersten Fluids benachbart an einem Endbereich der zweiten Strömungskanäle 4 angeordnet, wobei die Öffnungen 14 dem Austritt des ersten Fluids benachbart im Endbereich der zweiten Strömungskanäle 4 angeordnet sind. Wird das zweite Fluid im Gegenstrom zu dem ersten Fluid durch den Wärmeübertrager geströmt, so stellen die Öffnungen 14 die Einströmöffnung und die Öffnungen 13 die Ausströmöffnungen dar. Bei einer Durchströmung im Gleichstrom würden sich die Öffnungen umkehren.
Die 2 und 3 zeigen in einer perspektivischen Darstellung ein erstes Element 20, das zweite Strömungskanäle 21 und eine Seitenwand 22 aufweist.
Das erste Element 20 ist aus einem Bandmaterial gebildet, wobei es durch Prägungen und Faltungen hergestellt ist. Die zweiten Strömungskanäle 21 sind doppelwandig gebildet und sind durch Faltungen im Bereich der Seitenwand 22 bei 23 und an den Endbereichen 24 der zweiten Strömungskanäle gebildet. Die zweiten Strömungskanäle 21 weisen am Rand eine Prägung 25 auf, so dass die Oberseite 26 mit der Unterseite 27 des Strömungskanals randseitig verbunden werden kann, um ein Strömungsvolumen innerhalb des zweiten Strömungskanals 21 zu erzeugen. An den Endbereichen 24 sind die zweiten Strömungskanäle 21 mit den Öffnungen 28, 29 versehen, um ein zweites Fluid in den zweiten Strömungskanal 21 einströmen zu lassen bzw. aus dem zweiten Strömungskanal 21 ausströmen zu lassen. Die Seitenwand 22 weist bogenförmige Bereiche 30 auf, die als Anlagebereiche zur Anlage von Endbereichen zweier Strömungskanäle 21 dienen.
Die Seitenwände 22 weisen an ihren Endbereichen abgewinkelte Enden 31 auf, welche der Fixierung von zweiten Strömungskanälen 21 dienen, die von einer gegenüberliegenden Seitenwand auf die vorliegende Seitenwand ragen.
Die 4 und 5 zeigen ein zweites Element 40 in perspektivischer Darstellung mit zweiten Strömungskanälen 41 und einer Seitenwand 42. Das Element 40 ist bevorzugt wiederum aus einem Bandmaterial durch Prägung und Faltung gebildet, wobei die zweiten Strömungskanäle 41 wiederum doppelwandig ausgebildet sind, mit einem jeweiligen sich berührenden Rand, so dass zwischen den Rändern ein Volumen gebildet wird, um eine Durchströmung zu erzielen. Die Strömungskanäle 41 ragen von der Seitenwand 42 im Wesentlichen rechtwinklig und kammartig ab, wobei die Strömungskanäle Öffnungen 43 aufweisen, die der Einströmung bzw. Ausströmung aus dem Strömungskanal dienen. Weiterhin weist die Seitenwand 42 Anlagebereiche 45 auf, die der Anlage von Endbereichen 46 der zweiten Strömungskanäle dienen. Im Ausführungsbeispiel der 4 und 5 weist das zweite Element im Bereich der Anlagebereiche 45 Öffnungen 47 auf, die der Durchströmung von zweiten Strömungskanälen dienen, die im Anlagebereich 45 angeordnet bzw. angelegt sind.
Die 6 und 7 zeigen einen Block 50 von ersten Strömungskanälen 51 und zweiten Strömungskanälen 52. Die ersten Strömungskanäle 51 sind zwischen den zweiten Strömungskanälen 52 gebildet. Der Block 50 besteht aus einem ersten Element 53 und einem zweiten Element 54 gemäß der 2 bis 5, die derart miteinander verbunden sind, dass die beiden Strömungskanäle 52 des ersten Elements bzw. des zweiten Elements 53, 54 wechselseitig ineinander geschoben sind, wobei die Enden 55 der Strömungskanäle 52 an den Anlagebereichen 56 der Seitenwände 53, 54 zur Anlage kommen. Die Öffnungen 28, 29 der 2, 3 fluchten mit Öffnungen 47 der 4, 5, so dass eine Ein- und Ausströmung in die zweiten Strömungskanäle möglich ist, die in ihren Endbereichen an Anlagebereichen abgestützt sind und die an diesen Endbereichen ihre Öffnungen zur Ein- und Ausströmung aufweisen.
Die 8 und 9 zeigen den Wärmeübertrager 1 in anderen perspektivischen Darstellungen, wobei der Block 2 von verschiedenen Seiten zu erkennen ist. Die Seitenwand, die der Seitenwand mit den Öffnungen 13, 14 gegenüberliegt, weist keine Öffnungen auf.
Weiterhin ist zu erkennen, dass die Sammler 9, 10 eine zentrale Ein- bzw. Ausströmöffnung 11, 12 aufweisen, die von einem Flansch 16 umgeben ist, um den Wärmetauscher an eine Versorgungsleitung beispielsweise für Abgas oder Ladeluft anschließen zu können.
Die 10 zeigt eine vergrößerte Darstellung einer Anordnung zweiter Strömungskanäle 60 mit seitlichen Öffnungen 61 zur Ein- und Ausströmung eines Fluids. An den Randbereichen 62 sind Prägungen 63 vorgesehen, um die Strömungskanäle gegeneinander abzudichten. Zwischen diesen Randbereichen ist keine Prägung vorgesehen, so dass die Einlass- bzw. Auslassöffnungen 61 gebildet werden können. Die außenliegenden Strömungskanäle weisen in diesem Bereich eine Faltung 64 auf, um die Ränder der Öffnung 61 stabil definieren zu können.

Claims

Wärmeübertrager mit einem Block erster und zweiter Strömungskanäle, wobei der Block an einer Einströmseite und an einer Ausströmseite der ersten Strömungskanäle offen ausgebildet ist zur Ein- bzw. Ausströmung eines ersten Fluids in bzw. aus den ersten Strömungskanälen, wobei die zweiten Strömungskanäle Öffnungen aufweisen zur Ein- und Ausströmung eines zweiten Fluids, dadurch gekennzeichnet, dass der Block aus einem ersten Element und aus einem zweiten Element besteht, das erste und das zweite Element jeweils zweite Strömungskanäle und eine Seitenwand bilden, wobei die Elemente derart zusammengefügt sind, dass die beiden Seitenwände sich gegenüberliegende Seitenwände des Blocks bilden und die zweiten Strömungskanäle sich zwischen den Seitenwänden erstrecken und erste Strömungskanäle zwischen sich und den Seitenwänden bilden.
Wärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Strömungskanäle und die Seitenwand eines Elements aus einem Teil durch Prägen und Falten gefertigt sind.
Wärmeübertrager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Strömungskanäle und die Seitenwand eines Elements kammartig ausgebildet sind.
Wärmeübertrager nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Strömungskanäle eines Elements zwischen die zweiten Strömungskanäle des anderen Elements greifen.
Wärmeübertrager nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Strömungskanäle eines Elements sich an der Seitenwand des jeweils anderen Elements abstützen.
Wärmeübertrager nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenwand eines Elements zumindest einen Anlagebereich oder Anlagebereiche aufweist, die der Anlage von zumindest einem Endbereich oder Endbereichen der zweiten Strömungskanäle dienen.
Wärmeübertrager nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Strömungskanal an einem Bereich seiner Faltung eine Ein- und/oder Ausströmöffnung aufweist.
Wärmeübertrager nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Strömungskanal an einem Endbereich eine Ein- und/oder Ausströmöffnung aufweist.
Wärmeübertrager nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Seitenwand benachbart zu Öffnungen im Endbereich des zweiten Strömungskanals Öffnungen im Anlagenbereich aufweist.
Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen zur Ein- und/oder Ausströmung eines Fluids in die oder aus den zweiten Strömungskanälen an einer Seitenwand des Blocks angeordnet sind.
Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen zur Einströmung eines Fluids in die zweiten Strömungskanäle mit einem Sammler mit Fluideinlass versehen sind und die Öffnungen zur Ausströmung eines Fluids aus den zweiten Strömungskanälen mit einem Sammler mit Fluidauslass versehen sind.
Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Block an seiner Einströmseite und/oder an seiner Ausströmseite der ersten Strömungskanäle mit einem Sammler mit Ein- bzw. Ausströmöffnung versehen ist.