EP1843116A2 - Stapelscheibenwärmeübertrager - Google Patents

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Publication number
EP1843116A2
EP1843116A2 EP07006914A EP07006914A EP1843116A2 EP 1843116 A2 EP1843116 A2 EP 1843116A2 EP 07006914 A EP07006914 A EP 07006914A EP 07006914 A EP07006914 A EP 07006914A EP 1843116 A2 EP1843116 A2 EP 1843116A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
heat exchanger
exchanger according
stacked
stack
bypass channel
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP07006914A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Franco Ghiani
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mahle Behr GmbH and Co KG
Original Assignee
Behr GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Behr GmbH and Co KG filed Critical Behr GmbH and Co KG
Publication of EP1843116A2 publication Critical patent/EP1843116A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
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    • F28D9/0031—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one heat-exchange medium being formed by paired plates touching each other
    • F28D9/0043—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one heat-exchange medium being formed by paired plates touching each other the plates having openings therein for circulation of at least one heat-exchange medium from one conduit to another
    • F28D9/005—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one heat-exchange medium being formed by paired plates touching each other the plates having openings therein for circulation of at least one heat-exchange medium from one conduit to another the plates having openings therein for both heat-exchange media
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    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2250/00—Arrangements for modifying the flow of the heat exchange media, e.g. flow guiding means; Particular flow patterns
    • F28F2250/06—Derivation channels, e.g. bypass

Definitions

  • the invention relates to a stacked plate heat exchanger according to the preamble of claim 1.
  • the stacked plate heat exchanger which is often used as an oil / coolant radiator in motor vehicles, consists of a plurality of identically formed stacking disks, ie plates with a circumferential, raised edge and cup-shaped characteristics.
  • the stacking disks are stacked into a block or stack and soldered in the area of the peripheral edges.
  • the stacking disks are soldered together in the area of the cup-shaped characteristics. This creates flow channels for two media, such as oil and a liquid coolant.
  • turbulence plates can be inserted to increase the heat transfer, in particular on the oil side, wherein the turbulence sheets are also soldered to the stacking disks and thus develop a tie rod effect.
  • the internal pressure resistance of the heat exchanger is increased.
  • the assembly of the plates formed as equal parts takes place in such a way that when stacking each of the following plate by 180 degrees about its vertical axis is turned.
  • the stack of the heat exchanger is closed at the top usually by a cover, which has a greater wall thickness than the stacking disks. While the stack disks arranged within the stack are largely pressure-balanced, this is not the case for the cover disk, which is why it is reinforced in order to withstand the increased pressure load. This reinforcement also applies to the bottom or base plate of the stack, as from the DE 197 11 258 A1 the applicant is known.
  • exhaust gas heat exchanger is, for. B. after DE 102 03 003 A1 known to associate the bypass heat exchanger with a bypass, which via an exhaust valve, which acts as a switch between the exhaust gas heat exchanger and bypass, can be controlled.
  • the bypass channel can in the entire heat exchanger, ie integrated in the housing or - as from DE 199 06 401 C1 is known - be arranged separately to the exhaust gas heat exchanger.
  • the exhaust valve can be integrated into the heat exchanger or arranged separately, in turn, an arrangement on the exhaust gas inlet or exhaust gas outlet side of the heat exchanger is possible.
  • the known exhaust gas heat exchanger with bypass channel are formed as a tube bundle heat exchanger, wherein a bundle of tubes, which are flowed through by exhaust gas, is arranged in a housing, which is flowed through by a coolant.
  • a bypass channel which is advantageously integrated in the stack, is assigned to the stack of heat exchangers consisting of stack disks. This is achieved in an advantageous manner in that an additional stacking disk, a cover disk, designed as a bypass channel and connected to the edge of the other stacking disks, d. H. is solderable.
  • a bypass valve advantageously a rotary valve is arranged in an advantageous embodiment of the invention, which can be actuated from the outside by any adjusting means.
  • bypass valve By the bypass valve, a portion of the mass flow can be passed by the heat exchanger, so that the heat exchanger is flowed through by a reduced mass flow. Also advantageous is the arrangement of a rotary valve in the relatively shallow-building bypass channel, which is designed as an additional stacking disk. For the entire heat exchanger thus results in the advantage of a compact design for a equipped with bypass duct and bypass valve heat exchanger.
  • the outer stacking disks are reinforced by reinforcing disks, which have a greater wall thickness and / or stiffening beads.
  • a reinforcing disk is provided with tie rods, which are formed as a flap of the reinforcing disk and with the additional stacking disk, which forms the bypass channel, soldered are.
  • the bypass valve may be arranged on the inflow side or also on the outflow side of the first flow medium.
  • the disks of the Stapelaminkorübertragers can be smooth or profiled formed, d. H. be provided with structural elements or with a corrugation, as is known from the prior art.
  • the stacked disk heat exchanger with bypass channel can be used as exhaust gas heat exchanger in an exhaust gas recirculation system of a motor vehicle, d. H.
  • the flow channels for the first flow medium are flowed through by the exhaust gas of the internal combustion engine - as well as the controllable by the rotary valve valve bypass channel.
  • an exhaust gas cooler is cooled by the liquid coolant of the internal combustion engine; however, air cooling is also possible.
  • a use as intercooler with a controllable charge air flow rate is possible.
  • the compact and flat design of the disc heat exchanger according to the invention is very suitable for use in motor vehicles, d. H. is very advantageous here.
  • Fig. 1 shows a stacked plate heat exchanger 1, which is preferably used as an exhaust gas heat exchanger in a motor vehicle, not shown.
  • EGR system exhaust gas recirculation system
  • the stacked plate heat exchanger 1 has for connection to the EGR system an exhaust gas inlet opening 2 and an exhaust gas outlet opening 3 and - for connection to a not shown coolant circuit of the internal combustion engine - a coolant inlet nozzle 4 and a coolant outlet pipe 5.
  • the stacked-plate heat exchanger 1 consists, on the one hand, of a stack of stacking disks 6, which form flow channels (not illustrated) for the two flow media, ie in this exemplary embodiment for the exhaust gas and the coolant.
  • This construction of a Stapelaminkorübertragers is known from the aforementioned prior art.
  • an additional stacking disk 7 is arranged as a cover disk, which in plan has the same shape as the stacking disks 6 and is soldered at the edge to the topmost stacking disk 6.
  • the additional stacking disk 7 forms a bypass channel for the exhaust gas entering into the inlet opening 2, with the consequence that the exhaust gas inlet opening 2 can be closed briefly with the exhaust gas outlet opening 3 without the exhaust gas flowing through the stacking disks 6.
  • a bypass valve in the form of a rotary valve 8 is arranged in the region of the exhaust inlet opening 2, which can be actuated via a pivot pin 9 and a pivot lever 10.
  • the rotary valve 8 acts - as is known - as a switch for the incoming exhaust gas, so that this is passed either through the exhaust gas heat exchanger consisting of the stacking disks 6, or through the bypass channel 7.
  • bypass valve in the form of the rotary valve 8, 9, 10 may also be arranged in the region of the exhaust gas outlet opening 3, ie on the "cold" side of the heat exchanger 1.
  • coolant inlet and outlet nozzles 4, 5 can be reversed, so that the exhaust gas and the coolant are either in cocurrent or countercurrent.
  • the exhaust gas heat exchanger 1 can be connected on the exhaust side via not shown screw flanges with the exhaust pipes of the EGR system, also not shown, including welded or soldered Einschraubmuttern 11, 12 are provided at the inlet and the outlet opening 2, 3 for the exhaust gas.
  • the screw-in nuts 11, 12 are fixed to the inside (not visible) of the additional disc 7.
  • Fig. 2 shows the stacked plate heat exchanger 1 enlarged in a view from the side - for the same parts like reference numerals are used.
  • the stacking disks 6 shown in FIG. 1 are shown here as two types of stacking disks, indicated by the reference numerals 6a, 6b, with different heights.
  • the stacking disks 6a have a lower height
  • the stacking disks 6b have a greater height and flow channels (not illustrated) of a larger flow cross-section, which is known from the prior art mentioned at the beginning.
  • the larger flow cross sections are traversed by the exhaust gas, the smaller of the coolant.
  • the additional disc 7 is arranged, which is also designed as a stacking disc, but has a much greater height H.
  • the cover plate 7 is thus - as a hood - over the stack, consisting of stacking discs 6a, 6b, slipped and forms a soldered block with these. From the cover plate 7 projects upwards the pivot pin 9, which is positively encompassed by a trained as a spring clip pivot lever 10.
  • the pivot pin 9 is guided in a neck 13, which is connected to the cover plate 7, in particular by soldering and / or Verstämmen.
  • Fig. 3 shows the stacked plate heat exchanger 1 in a front view, compared to the representation in Fig. 2 reduced. Again, the same reference numbers are used.
  • the stacked-plate heat exchanger 1 shows the stacked-plate heat exchanger 1 in a view from below, ie in the direction X according to FIG. 3.
  • the lowermost stacking disk 6a has the inlet and outlet openings 4, 5 for the coolant.
  • FIG. 5 shows an isometric illustration of a reinforcing disk 14 which is provided for the underside (cf., FIG. 4) of the exhaust gas heat exchanger 1 and contains the two coolant sockets 4, 5.
  • the reinforcing disk 14, which has transverse stiffening beads 15, is soldered to the lowermost stacking disk 6a, whereby at the same time the coolant connection stubs 4, 5 are fastened to the exhaust gas heat exchanger 1.
  • Fig. 6 shows in isometric view the exhaust gas heat exchanger 1 without the upper cover plate 7, which forms the bypass channel.
  • the consisting of the stacking disks 6 heat exchanger block has a stacking disks 6 perpendicular traversing distribution channel 16 for incoming exhaust gas and the stacking disks 6 vertically passing through collecting duct 17 for exiting exhaust gas.
  • the heat exchanger block has a flush with the coolant inlet port 4 inlet channel 18 and aligned with the coolant outlet port 5 outlet channel 19, which pass through the stacking disks 6 vertically.
  • exhaust gas and coolant are in countercurrent.
  • a direct current of both media is also possible by permutation of the inlet and outlet nozzle.
  • Fig. 7 shows the heat exchanger block shown in Fig. 6 with an upper reinforcing plate 20 which is soldered to the uppermost stacking disk 6, wherein at the same time the coolant channels 18, 19 shown in Fig. 6 are completed fludiddicht.
  • rows of hook-shaped tie rods 21 are cut out and formed, which also act as spacers for the cover plate to be arranged above 7.
  • the exhaust channels are 16, 17 open at the top - downwards they are closed by the reinforcing plate 14 shown in FIG.
  • a bearing bore 22 is arranged in the reinforcing plate 20, which serves to receive a pivot pin shown in Fig. 8.
  • FIG. 8 shows the heat exchanger block according to FIG. 7 with a bypass valve 23, which has the elements already mentioned in the description of FIGS. 1, 2, 3, such as rotary valve 8, pivot pin 9, pivot lever 10 and neck 13.
  • the neck 13 as a guide for the pivot pin 9 is fixedly connected to the cover plate 7 and thus serves together with the bearing bore 22 (see Fig. 7) as a pivot bearing for the pivot pin 9, which is positively connected to the rotary valve 8
  • the pivot lever 10 which is also positively connected to the pivot pin 9 verbundne, has an eccentrically arranged to the pivot axis opening 10 'on which an unillustrated actuating linkage for adjusting the rotary valve 8 engages.
  • the disk-shaped rotary valve 8 thus moves parallel to the plane of the stacking disks 6 and controls the cross section of the exhaust gas inlet channel 16. The bouncing of the gas against the disk-shaped rotary valve ensures a seal between the two channels.
  • the reinforcing disk is designed as a tie rod and / or flow straightener.
  • At least one return duct disk flange in particular as an integrated flange formed.
  • valve disc is disposed in the flow of the agent to be cooled in order to achieve a better seal.
  • the sockets are arranged on the channel plate and / or on the reinforcing disk such as fastened, soldered, welded or glued or integrally connected.
  • the actuation of the valve is effected by current bsp Elektromtor / s and / or magnetic, hydraulic and / or pneumatic.
  • the attachment to the pipe is made by a separate flange or an integral flange on the disc or by a screw connection, quick coupling, threaded nut connection or by means of bolts or a clip connection.
  • the heat exchanger can be fixed by means of the aforementioned possibilities in the vehicle.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Stapelscheibenwärmeübertrager (1), bestehend aus parallel zueinander angeordneten, Strömungskanäle für ein erstes und ein zweites Strömungsmedium bildenden, zu einem Stapel geschichteten Scheiben (6) und Zu- und Abflüsse (2, 3, 4, 5) für das erste und das zweite Strömungsmedium aufweisend. Es wird vorgeschlagen, dass dem Stapel ein Bypasskanal (7) zugeordnet ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Stapelscheibenwärmeübertrager nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
  • Stapelscheibenwärmeübertrager sind bekannt, z. B. durch die EP 0 623 798 A2 der Anmelderin. Der Stapelscheibenwärmeübertrager, der häufig als Öl/Kühlmittelkühler bei Kraftfahrzeugen eingesetzt wird, besteht aus einer Vielzahl von gleich ausgebildeten Stapelscheiben, d. h. Platten mit einem umlaufenden, hochgestellten Rand und napfförmigen Ausprägungen. Die Stapelscheiben werden zu einem Block oder Stapel aufgeschichtet und im Bereich der umlaufenden Ränder verlötet. Zur Ausbildung von senkrecht zu den Plattenebenen verlaufenden Sammel- und Verteilerkanälen werden die Stapelscheiben auch im Bereich der napfförmigen Ausprägungen miteinander verlötet. Dadurch werden Strömungskanäle für zwei Medien, also beispielsweise Öl und ein flüssiges Kühlmittel geschaffen. Zwischen den Stapelscheiben können Turbulenzbleche zur Erhöhung des Wärmeüberganges, insbesondere auf der Ölseite eingelegt sein, wobei die Turbulenzbleche auch mit den Stapelscheiben verlötet sind und somit eine Zugankerwirkung entfalten. Dadurch wird insbesondere die Innendruckfestigkeit des Wärmeübertragers erhöht. Möglich ist jedoch auch, statt der Turbulenzeinlagen Turbulenz erzeugende Aus- oder Einprägungen in den Platten vorzusehen. Die Montage der als Gleichteile ausgebildeten Platten erfolgt in der Weise, dass beim Aufeinanderstapeln jeweils die folgende Platte um 180 Grad um ihre Hochachse gedreht wird. Darüber hinaus ist es auch durch die WO 2005/012820 A1 der Anmelderin bekannt, gewellte Platten bzw. Stapelscheiben zu verwenden und diese im Bereich von Kontaktstellen zu verlöten.
  • Der Stapel des Wärmeübertragers wird nach oben in der Regel durch eine Abdeckscheibe abgeschlossen, welche eine größere Wandstärke als die Stapelscheiben aufweist. Während die innerhalb des Stapels angeordneten Stapelscheiben weitestgehend druckausgeglichen sind, trifft dies für die Abdeckscheibe nicht zu, weshalb sie, um der erhöhten Druckbelastung standzuhalten, verstärkt wird. Diese Verstärkung gilt auch für die Boden- oder Grundplatte des Stapels, wie aus der DE 197 11 258 A1 der Anmelderin bekannt ist.
  • Aus der DE 195 11 991 A1 der Anmelderin ist bekannt, dass derartige Stapelscheibenwärmeübertrager nicht nur als Ölkühler, sondern auch als Ladeluftkühler oder Abgaswärmeübertrager verwendet werden können, wobei auch das kühlende Medium ein Gas, d. h. Umgebungsluft sein kann. Bei einem tlüssigkeitsgekühlten Ladeluft- oder Abgaskühler weisen die Strömungskanäle des Stapelscheibenwärmeübertragers unterschiedliche Höhe aufweisen, so dass sich unterschiedliche Strömungsquerschnitte ergeben.
  • Für Abgaswärmeübertrager ist es, z. B. nach der DE 102 03 003 A1 bekannt, dem Abgaswärmeübertrager einen Bypass zuzuordnen, welcher über ein Abgasventil, welches als Weiche zwischen Abgaswärmeübertrager und Bypass wirkt, ansteuerbar ist. Der Bypasskanal kann in den gesamten Wärmeübertrager, d. h. in dessen Gehäuse integriert oder - wie aus der DE 199 06 401 C1 bekannt ist - separat zum Abgaswärmeübertrager angeordnet sein. Ebenso kann das Abgasventil in den Wärmeübertrager integriert oder separat angeordnet sein, wobei wiederum eine Anordnung auf der Abgaseintritts- oder Abgasaustrittsseite des Wärmeübertragers möglich ist. Die bekannten Abgaswärmeübertrager mit Bypasskanal sind als Rohrbündelwärmeübertrager ausgebildet, wobei ein Bündel von Rohren, welche von Abgas durchströmt werden, in einem Gehäuse angeordnet ist, welches von einem Kühlmittel durchströmt wird.
  • Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Stapelscheibenwärmeübertrager der eingangs genannten Art hinsichtlich seiner Verwendungsmöglichkeiten zu verbessern, insbesondere eine Leistungs- und Durchsatzregelung zu ermöglichen.
  • Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
  • Erfindungsgemäß ist dem aus Stapelscheiben bestehenden Stapel des Wärmeübertragers ein Bypasskanal zugeordnet, welcher vorteilhafterweise in den Stapel integriert ist. Dies wird in vorteilhafter Weise dadurch erreicht, dass eine zusätzliche Stapelscheibe, eine Abschlussscheibe, als Bypasskanal ausgebildet und mit den übrigen Stapelscheiben randseitig verbunden, d. h. verlötbar ist. Innerhalb des Bypasskanals, welcher eine etwas größere Höhe als die übrigen Strömungskanäle des Stapels aufweist, ist in vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ein Bypassventil, vorteilhafterweise ein Drehschieber angeordnet, welcher von außen durch beliebige Stellmittel betätigt werden kann. Mit der erfindungsgemäßen Lösung wird der Vorteil erreicht, dass eine Durchsatzregelung, und damit eine Leistungsregelung des Wärmeübertragers möglich wird. Durch das Bypassventil kann ein Anteil des Massenstromes am Wärmeübertrager vorbeigesteuert werden, so dass der Wärmeübertrager von einem verminderten Massenstrom durchströmt wird. Vorteilhaft ist auch die Anordnung eines Drehschiebers in dem relativ flach bauenden Bypasskanal, welcher als zusätzliche Stapelscheibe ausgebildet ist. Für den gesamten Wärmeübertrager ergibt sich somit der Vorteil einer kompakten Bauweise für einen mit Bypasskanal und Bypassventil ausgestatteten Wärmeübertrager.
  • Vorteilhafterweise sind die äußeren Stapelscheiben durch Verstärkungsscheiben verstärkt, die eine größere Wandstärke und/oder Versteifungssicken aufweisen. Im Bypasskanal ist eine Verstärkungsscheibe mit Zugankern vorgesehen, die als Lappen aus der Verstärkungsscheibe herausgeformt und mit der zusätzlichen Stapelscheibe, die den Bypasskanal bildet, verlötbar sind. Damit ist die zusätzliche, d. h. die "Bypassscheibe" druckfest mit dem übrigen Stapel verbunden.
  • Das Bypassventil kann auf der Zuströmseite oder auch auf der Abströmseite des ersten Strömungsmediums angeordnet sein. Die Scheiben des Stapelscheibenwärmeübertragers können glatt oder profiliert ausgebildet, d. h. mit Strukturelementen oder mit einer Wellung versehen sein, wie dies aus dem Stand der Technik bekannt ist.
  • Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann der Stapelscheibenwärmeübertrager mit Bypasskanal als Abgaswärmeübertrager in einem Abgasrückführsystem eines Kraftfahrzeuges Verwendung finden, d. h. die Strömungskanäle für das erste Strömungsmedium werden vom Abgas der Brennkraftmaschine durchströmt - ebenso der durch das Drehschieberventil ansteuerbare Bypasskanal. Vorteilhaft wird ein derartiger Abgaskühler durch das flüssige Kühlmittel der Brennkraftmaschine gekühlt; möglich ist jedoch auch eine Luftkühlung. Darüber hinaus ist auch eine Verwendung als Ladeluftkühler mit einem regelbaren Ladeluftdurchsatz möglich. Die kompakte und flache Bauweise des erfindungsgemäßen Scheibenwärmeübertragers kommt einer Verwendung im Kraftfahrzeug sehr entgegen, d. h. ist hier sehr vorteilhaft.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen
    • Fig. 1
    einen Stapelscheibenwärmeübertrager mit integriertem Bypasskanal und Bypassventil in isometrischer Darstellung,
    Fig. 2
    den Stapelscheibenwärmeübertrager gemäß Fig. 1 in einer Ansicht von der Seite,
    Fig. 3
    den Stapelscheibenwärmeübertrager gemäß Fig. 1 in einer Ansicht von vorn,
    Fig. 4
    den Stapelscheibenwärmeübertrager gemäß Fig. 4 in einer Ansicht von unten,
    Fig. 5
    eine Verstärkungsplatte für die Unterseite des Stapelscheibenwärmeübertragers,
    Fig. 6
    den Stapelscheibenwärmeübertrager ohne Bypasskanal,
    Fig. 7
    den Stapelscheibenwärmeübertrager ohne Bypasskanal, jedoch mit Verstärkungsplatte und
    Fig. 8
    den Stapelscheibenwärmeübertrager gemäß Fig. 7, jedoch mit Bypassventil.
  • Fig. 1 zeigt einen Stapelscheibenwärmeübertrager 1, welcher vorzugsweise als Abgaswärmeübertrager in einem nicht dargestellten Kraftfahrzeug verwendbar ist. Im Rahmen eines Abgasrückführsystems (AGR-System) wird dabei von der Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeuges ausgestoßenes Abgas gekühlt, vorzugsweise durch flüssiges Kühlmittel des Kühlkreislaufes der Brennkraftmaschine und dem Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine gekühlt wieder zugeführt. Der Stapelscheibenwärmeübertrager 1 weist für den Anschluss an das AGR-System eine Abgaseintrittsöffnung 2 und eine Abgasaustrittsöffnung 3 sowie - zum Anschluss an einen nicht dargestellten Kühlmittelkreislauf der Brennkraftmaschine - einen Kühlmitteleintrittsstutzen 4 und einen Kühlmittelaustrittsstutzen 5 auf. Der Stapelscheibenwärmeübertrager 1 besteht einerseits aus einem Stapel von Stapelscheiben 6, welche nicht dargestellte Strömungskanäle für die beiden Strömungsmedien, d. h. in diesem Ausführungsbeispiel für das Abgas und das Kühlmittel bilden. Diese Bauweise eines Stapelscheibenwärmeübertragers ist aus dem eingangs genannten Stand der Technik bekannt. Oberhalb des Stapels ist eine zusätzliche Stapelscheibe 7 als Abschlussscheibe angeordnet, welche im Grundriss die gleiche Form wie die Stapelscheiben 6 aufweist und randseitig mit der obersten Stapelscheibe 6 verlötet ist. Die zusätzliche Stapelscheibe 7 bildet einen Bypasskanal für das in die Eintrittsöffnung 2 eintretende Abgas mit der Konsequenz, dass die Abgaseintrittsöffnung 2 mit der Abgasaustrittsöffnung 3 kurz geschlossen werden kann, ohne dass Abgas die Stapelscheiben 6 durchströmt. Innerhalb der zusätzlichen Scheibe 7 ist im Bereich der Abgaseinrittsöffnung 2 ein Bypassventil in Form eines Drehschiebers 8 angeordnet, welcher über einen Schwenkzapfen 9 und einen Schwenkhebel 10 betätigt werden kann. Der Drehschieber 8 wirkt - wie an sich bekannt - als Weiche für das einströmende Abgas, so dass dieses entweder durch den Abgaswärmeübertrager, bestehend aus den Stapelscheiben 6, oder durch den Bypasskanal 7 geleitet wird.
  • Abweichend vom dargestellten und zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel kann das Bypassventil in Form des Drehschieber 8, 9, 10 auch im Bereich der Abgasaustrittsöffnung 3, also an der "kalten" Seite des Wärmeübertragers 1 angeordnet sein. Ebenso können Kühlmittelein- und austrittsstutzen 4, 5 vertauscht werden, so dass das Abgas und das Kühlmittel sich entweder im Gleichstrom oder Gegenstrom befinden.
  • Der Abgaswärmeübertrager 1 kann abgasseitig über nicht dargestellte Schraubflansche mit den ebenfalls nicht dargestellten Abgasleitungen des AGR-Systems verbunden werden, wozu eingeschweißte oder eingelötete Einschraubmuttern 11, 12 an der Eintritts- und der Austrittsöffnung 2, 3 für das Abgas vorgesehen sind. Die Einschraubmuttern 11, 12 sind an der Innenseite (nicht sichtbar) der zusätzlichen Scheibe 7 befestigt.
  • Fig. 2 zeigt den Stapelscheibenwärmeübertrager 1 vergrößert in einer Ansicht von der Seite - für gleiche Teile werden gleiche Bezugszeichen verwendet. Allerdings werden die Stapelscheiben 6 gemäß Fig. 1 hier als zwei Arten von Stapelscheiben, gekennzeichnet durch die Bezugszahlen 6a, 6b, mit unterschiedlicher Höhe dargestellt. Die Stapelscheiben 6a weisen eine geringere Höhe, die Stapelscheiben 6b eine größere Höhe und damit nicht dargestellte Strömungskanäle eines größeren Strömungsquerschnittes auf, was aus dem eingangs genannten Stand der Technik bekannt ist. Die größeren Strömungsquerschnitte werden vom Abgas, die kleineren vom Kühlmittel durchströmt. Oberhalb der Stapelscheiben 6a, 6b ist die zusätzliche Scheibe 7 angeordnet, die ebenfalls als Stapelscheibe ausgebildet ist, jedoch eine wesentlich größere Höhe H aufweist. Die Abschlussscheibe 7 ist somit - wie eine Haube - über den Stapel, bestehend aus Stapelscheiben 6a, 6b, gestülpt und bildet mit diesen einen verlöteten Block. Aus der Abschlussscheibe 7 ragt nach oben der Schwenkzapfen 9, welcher von einem als Federclip ausgebildeten Schwenkhebel 10 formschlüssig umfasst wird. Der Schwenkzapfen 9 ist in einem Hals 13 geführt, welcher mit der Abschlussscheibe 7 verbunden ist, insbesondere durch Verlöten und/oder Verstämmen.
  • Fig. 3 zeigt den Stapelscheibenwärmeübertrager 1 in einer Ansicht von vorn, gegenüber der Darstellung in Fig. 2. verkleinert. Es werden wiederum die gleichen Bezugszahlen verwendet.
  • Fig. 4 zeigt den Stapelscheibenwärmeübertrager 1 in einer Ansicht von unten, d. h. in Richtung X gemäß Fig. 3. Die unterste Stapelscheibe 6a weist die Ein- und Austrittsöffnungen 4, 5 für das Kühlmittel auf.
  • Fig. 5 zeigt in isometrischer Darstellung eine Verstärkungsscheibe 14, welche für die Unterseite (vgl. Fig. 4) des Abgaswärmeübertragers 1 vorgesehen ist und die beiden Kühlmittelstutzen 4, 5 enthält. Die Verstärkungsscheibe 14, die quer verlaufende Versteifungssicken 15 aufweist, wird mit der untersten Stapelscheibe 6a verlötet, womit gleichzeitig die Kühlmittelanschlussstutzen 4, 5 am Abgaswärmeübertrager 1 befestigt werden.
  • Fig. 6 zeigt in isometrischer Darstellung den Abgaswärmeübertrager 1 ohne die obere Abschlussscheibe 7, welche den Bypasskanal bildet. Der aus den Stapelscheiben 6 bestehende Wärmeübertragerblock weist einen die Stapelscheiben 6 senkrecht durchsetzenden Verteilerkanal 16 für eintretendes Abgas und einen die Stapelscheiben 6 senkrecht durchsetzenden Sammelkanal 17 für austretendes Abgas auf. Ferner weist der Wärmeübertragerblock einen mit dem Kühlmitteleintrittsstutzen 4 fluchtenden Eintrittskanal 18 und einen mit dem Kühlmittelaustrittsstutzen 5 fluchtenden Austrittskanal 19 auf, welche die Stapelscheiben 6 senkrecht durchsetzen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel befinden sich somit Abgas und Kühlmittel im Gegenstrom. Wie bereits oben ausgeführt, ist jedoch auch durch Vertauschung der Ein- und Austrittsstutzen ein Gleichstrom beider Medien möglich.
  • Fig. 7 zeigt den in Fig. 6 dargestellten Wärmeübertragerblock mit einer oberen Verstärkungsplatte 20, welche mit der obersten Stapelscheibe 6 verlötbar ist, wobei gleichzeitig die in Fig. 6 dargestellten Kühlmittelkanäle 18, 19 fludiddicht abgeschlossen sind. Aus der Verstärkungsplatte 20 sind Reihen von hakenförmig ausgebildeten Zugankern 21 ausgeschnitten und ausgeformt, die gleichzeitig als Abstandselemente für die darüber anzuordnende Abschlussscheibe 7 fungieren. Die Abgaskanäle sind 16, 17 nach oben offen - nach unten sind sie durch die in Fig. 5 dargestellte Verstärkungsplatte 14 geschlossen. Unmittelbar neben dem Abgaseintrittskanal 16 ist in der Verstärkungsplatte 20 eine Lagerbohrung 22 angeordnet, welche der Aufnahme eines in Fig. 8 dargestellten Schwenkzapfens dient.
  • Fig. 8 zeigt den Wärmeübertragerblock gemäß Fig. 7 mit einem Bypassventil 23, welches die bereits bei der Beschreibung der Fig. 1, 2, 3 erwähnten Elemente wie Drehschieber 8, Schwenkzapfen 9, Schwenkhebel 10 und Hals 13 aufweist. Wie bereits ausgeführt, ist der Hals 13 als Führung für den Schwenkzapfen 9 fest mit der Abschlussscheibe 7 verbunden und dient somit zusammen mit der Lagerbohrung 22 (vgl. Fig. 7) als Schwenklager für den Schwenkzapfen 9, welcher formschlüssig mit dem Drehschieber 8 verbunden ist. Der Schwenkhebel 10, der ebenfalls formschlüssig mit dem Schwenkzapfen 9 verbundne ist, weist eine exzentrisch zur Schwenkachse angeordnete Öffnung 10' auf, an welcher ein nicht dargestelltes Betätigungsgestänge zur Verstellung des Drehschiebers 8 angreift. Der scheibenförmig ausgebildete Drehschieber 8 bewegt sich somit parallel zur Ebene der Stapelscheiben 6 und kontrolliert den Querschnitt des Abgaseintrittskanals 16. Das Prallen des Gases gegen den scheibenförmig ausgebildeten Drehschieber sorgt für eine Abdichtung zwischen beiden Kanälen.
  • In einem anderen Ausführungsbeispiel ist die die Verstärkungsscheibe als Zuganker und/oder Strömungsrichter ausgebildet.
  • In einem anderen Ausführungsbeispiel ist mindestens eine Rücklaufkanalscheibe Flansch, insbesondere als integrierter Flansch, ausgebildet.
  • In den Figuren 1 bis 8 kann mehr als eine zusätzliche Scheibe 7 vorgesehen sein.
  • Die Ventilscheibe ist in der Strömung des zu kühlenden Mittels angeordnet, um eine bessere Abdichtung zu erzielen.
  • Die Stutzen sind auf der Kanalscheibe und/oder auf der Verstärkungsscheibe angeordnet wie beispielsweise befestigt, gelötet, geschweißt oder geklebt oder einteilig verbunden.
  • Die Betätigung des Ventils erfolgt durch Strom bsp Elektromtor/en und/oder magnetisch, Hydraulik und/oder Pneumatik.
  • Die Befestigung an der Leitung erfolgt durch einen separaten Flansch oder einen integrierten Flansch an der Scheibe oder durch eine Schraubverbindung, Schnellkupplung, Gewinde-Mutter-Verbindung oder mittels Bolzen oder einer Clipsverbindung. Der Wärmetauscher kann mittels der zuvorgenannten Möglichkeiten im Fahrzeug befestigt werden.

Claims (19)

  1. Stapelscheibenwärmeübertrager, bestehend aus parallel zueinander angeordneten, Strömungskanäle für ein erstes und ein zweites Strömungsmedium bildenden, zu einem Stapel geschichteten Scheiben (6) und Zu- und Abflüsse (2, 3, 4, 5) für das erste und das zweite Strömungsmedium aufweisend, dadurch gekennzeichnet, dass dem Stapel ein Bypasskanal (7) zugeordnet ist.
  2. Stapelscheibenwärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Bypasskanal (7) in den Stapel (6) integriert ist.
  3. Stapelscheibenwärmeübertrager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Bypasskanal (7) auf einer Außenseite des Stapels angeordnet ist.
  4. Stapelscheibenwärmeübertrager nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Bypasskanal im Wesentlichen durch eine zusätzliche Scheibe (7) gebildet wird.
  5. Stapelscheibenwärmeübertrager nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche Scheibe (7) die gleiche Grundrissform wie die übrigen Scheiben (6) aufweist.
  6. Stapelscheibenwärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass auf mindestens einer Außenseite des Stapels eine Verstärkungsscheibe (14, 20) angeordnet ist.
  7. Stapelscheibenwärmeübertrager nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungsscheibe (20) innerhalb der zusätzlichen Scheibe (7) angeordnet ist.
  8. Stapelscheibenwärmeübertrager nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungsscheibe (20) Zuganker (21) respektive Abstandselemente aufweist, die mit der zusätzlichen Scheibe (7) verlötbar sind.
  9. Stapelscheibenwärmeübertrager nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass dem Bypasskanal (7) ein Bypassventil (23) zugeordnet ist.
  10. Stapelscheibenwärmeübertrager nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Bypassventil (23) einen Drehschieber (8) aufweist, welcher innerhalb des Bypasskanals (9) angeordnet ist.
  11. Stapelscheibenwärmeübertrager nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehschieber (8) in einer Ebene verschwenkbar ist, die parallel zu den Scheiben (6) verläuft.
  12. Stapelscheibenwärmeübertrager nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehschieber (8) um eine Achse verschwenkbar ist, die senkrecht zu den Scheiben (6) angeordnet ist.
  13. Stapelscheibenwärmeübertrager nach Anspruch 10, 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehschieber (8) an einem Schwenkzapfen (9) befestigt ist, welcher durch die zusätzliche Scheibe (7) nach außen geführt ist.
  14. Stapelscheibenwärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stapel einen Eintritts- bzw. Verteilerkanal (16) mit einer Eintrittsöffnung aufweist, welche durch den Drehschieber (8) verschließbar ist.
  15. Stapelscheibenwärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ein- und Austrittsöffnungen (2, 3) für das erste Strömungsmedium in der zusätzlichen Scheibe (7) angeordnet sind.
  16. Stapelscheibenwärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stapel einen Austritts- bzw. Sammelkanal (17) mit einer Austrittsöffnung aufweist, die in den Bypasskanal (7) mündet.
  17. Stapelscheibenwärmeübertrager nach einem der Ansprüche 6 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Verstärkungsscheibe (14, 20) Versteifungssicken (15) aufweist.
  18. Stapelscheibenwärmeübertrager nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungskanäle für das erste Strömungsmedium und der Bypasskanal (7) vom Abgas einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges durchströmbar sind.
  19. Stapelscheibenwärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungskanäle für das zweite Strömungsmedium vom Kühlmittel einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges durchströmbar sind.
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