EP2048345B1 - Wärmetauscher, insbesondere zur Abgaskühlung - Google Patents

Wärmetauscher, insbesondere zur Abgaskühlung Download PDF

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EP2048345B1
EP2048345B1 EP08017079.8A EP08017079A EP2048345B1 EP 2048345 B1 EP2048345 B1 EP 2048345B1 EP 08017079 A EP08017079 A EP 08017079A EP 2048345 B1 EP2048345 B1 EP 2048345B1
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EP
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heat exchanger
flow
wall portion
channel
flow channel
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Ulrich Maucher
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Mahle Behr GmbH and Co KG
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    • F28F2250/06—Derivation channels, e.g. bypass

Definitions

  • the present invention relates to a heat exchanger, in particular for exhaust gas cooling, for an internal combustion engine of a motor vehicle with at least a first flow channel for flow through with a first fluid for cooling a second fluid, with at least one second flow channel for flow through the first fluid and at least one third flow channel to Flow through the first fluid, wherein the at least one second flow channel and the at least one third flow channel are separated from each other by at least one separating element and at least one housing element for rooting the second flow channel and / or the third flow channel with the second fluid.
  • exhaust gas is returned to the engine again to reduce emissions.
  • a part of the combustion exhaust gas is removed behind the engine and fed back to the unburned air.
  • This recirculated exhaust gas flow is cooled in a heat exchanger such as in an exhaust gas cooler.
  • the lowest possible mixing temperatures between charge air and the recirculated exhaust gas should be achieved.
  • the low mixing temperatures are required for a fuel-efficient and low-emission combustion process.
  • the cooling of the recirculated exhaust gas flow is a desired warm-up of the engine but contrary.
  • the exhaust gas is to be mixed substantially uncooled the charge air to accelerate the heating of the engine.
  • a bypass channel is provided, in which the exhaust gas is not cooled, but the cooling section is passed around.
  • the exhaust gas is returned to the engine through the cooled and / or uncooled flow channel.
  • a bypass valve or a bypass flap is required for this purpose.
  • the heat exchanger in particular for exhaust gas cooling, can be designed, for example, as a U-flow heat exchanger.
  • the inlet side and the outlet side are substantially identical in the heat exchanger.
  • the exhaust gas in the device is passed substantially longitudinally along the first flow path through the radiator, is then deflected at the end and returned again substantially in the opposite direction to the entry point.
  • the control device in particular the bypass valve or the bypass flap, is arranged substantially on the inlet side.
  • the flow channel for cooling the exhaust gas and the flow channel for the uncooled exhaust gas are arranged substantially parallel to one another.
  • the exhaust gas enters the radiator on one side and exits the radiator on the other side.
  • the housing element, in which the control device, in particular the bypass flap or the bypass valve, are arranged, and the partition wall between adjacent flow channels have a gap. Due to manufacturing tolerances and to compensate for the thermal expansion of the components, the gap is known from the prior art. However, the gap leads to leaks, so that there is a leakage flow between the channels.
  • An example of such a device is in FR-2873412 shown.
  • the object of the invention is to eliminate the disadvantages of the prior art, in particular to avoid an overflow of medium from one to the other channel, in particular to reduce at least significantly.
  • the heat exchanger for exhaust gas cooling for an internal combustion engine of a motor vehicle has at least in sections between a separating element and a housing element at least one channel, which is designed as leakage minimization expansion channel such that the leakage flow of second fluid between the at least one second and the at least one third flow channel minimized and longitudinal - And / or transverse expansions of the separating element and / or the housing member are receivable by the channel.
  • the separating element is in particular a partition wall or a partition wall section.
  • housing element is in particular an inlet or outlet diffuser or a flange to understand.
  • second flow channels and / or at least one third flow channel are formed as tubes, which are accommodated in at least one tubesheet.
  • At least one housing element has at least one first partition wall section.
  • the at least one first partition wall section has a first, in particular groove-shaped recess.
  • At least one second partition wall section is provided.
  • first partition wall section and the second partition wall section engage in each other at least in sections.
  • the second partition wall section has a second, in particular groove-shaped, recess.
  • the at least one first partition wall section and / or the at least one second partition wall section are formed substantially s-shaped.
  • the second partition wall portion is integrally connected to the separating element.
  • the separating element is at least partially formed as a second partition wall section.
  • the at least one third flow channel is designed as a bypass channel for avoiding the heat exchanger between the second medium and the first medium.
  • second medium for example exhaust gas
  • At least one control element for bypass and / or exhaust gas recirculation control is arranged adjacent, in particular on the upstream side, of the first partition wall section. In this way, exhaust gas can be cooled by the heat exchanger and / or flow uncooled.
  • the heat exchanger is designed as an I-flow heat exchanger. It is in a particularly advantageous manner on the one hand, the entry into the heat exchanger and on the other substantially opposite side of the outlet of the heat exchanger.
  • the heat exchanger is designed as a U-flow heat exchanger. In this way, a bottom can be saved particularly advantageously and the inlet and the outlet can be arranged in the heat exchanger on the same side.
  • FIG. 1a shows an exhaust gas heat exchanger 1 in the I-flow with a leakage minimization expansion channel. 6
  • the heat exchanger 1 is referred to below as the exhaust gas heat exchanger 1. Further, in other embodiments, the heat exchanger 1 to a coolant radiator for engine cooling and / or a charge air cooler for intercooling and / or an oil cooler for oil cooling such as for transmission oil cooling and / or a condenser of an air conditioner or gas cooler of an air conditioner or a battery cooler for cooling of batteries.
  • the exhaust gas heat exchanger 1 has an unspecified designated housing.
  • the housing has at least one housing wall 13 and two housing elements 5.
  • the housing elements 5 are designed, for example, as flange housing elements or inlet and / or outlet diffusers.
  • the housing member 5 is cooled in another embodiment, not shown.
  • the exhaust gas heat exchanger 1 further has two tube plates 11 which serve to receive the first flow channels 2, in particular the tubes 7 and / or the at least one third flow channel 3, in particular of the tube 7.
  • the tubes 7 are materially connected to the tubesheets 11 such as by welding, soldering, gluing, etc. and / or positively, such as by folding, crimping or crimping.
  • the tubesheets 11 have openings for receiving the second flow channels 2 and the at least one third flow channel, in particular of the tubes.
  • the second flow channels 2, in particular the tubes 7, have turbulence-generating elements such as winglets or other forms with any shape, which are introduced directly into the tubes 7.
  • the turbulence-generating elements are inserted into the tubes 7 by means of, for example, turbulence-generating plates.
  • the housing element 5 and / or the tubesheets 11 are formed from a material, in particular from a sheet material, such as stainless steel or gray cast iron, or from aluminum or from another metal casting.
  • the housing wall 13 is formed for example of a metal such as stainless steel or of another steel or plastic or fiber composite material.
  • a separating element in particular a partition, is arranged with a second partition wall section 9.
  • the exhaust gas heat exchanger 1 has at least one diffuser, in particular an inlet and / or outlet diffuser. Furthermore, a housing is provided for receiving the first flow channels 2, which are each formed between two adjacent disks and / or the at least one third flow channel 3, which is formed between two adjacent disks.
  • the disks are the at least one diffuser and / or with the housing cohesively such as by welding, soldering, gluing, etc. and / or positively connected such as by folding, crimping or crimping.
  • the second flow channels 2, which are formed between two adjacent disks, have turbulence-generating elements, such as, for example, turbulence inserts and / or turbulence-generating elements, which are formed, for example, from the disks or other forms of any shape.
  • the turbulence-generating elements are arranged between the slices by means of, for example, turbulence-generating beakers.
  • the housing element 5 and / or the diffusers are made of a material, in particular of a sheet metal material, such as stainless steel or made of cast iron or of aluminum or of another metal casting.
  • the housing wall 13 is formed for example of a metal such as stainless steel or of another steel or plastic or fiber composite material.
  • a separating element in particular a partition, is arranged with a second partition wall section 9.
  • the housing element 5 has a first partition wall section 8.
  • the first partition wall section 8 has a first recess 21, which is formed, for example, as a groove such as a rectangular groove.
  • the first recess 21 has a substantially triangular or polygonal or trapezoidal and / or at least partially radius or elliptical cross-sectional area.
  • the second partition wall section is arranged at least in sections in the first recess 21.
  • the width of the first recess 21 is greater than the width of the second partition wall section.
  • the second partition wall portion is arranged substantially parallel to the first recess 21.
  • the second partition wall portion 9 is substantially at an angle of 0 ° to 90 °, in particular from 0 ° to 70 °, in particular from 0 ° to 45 °, in particular from 0 ° to 30 °, in particular from 0 ° to 15 °, in particular from 0 ° to 5 °.
  • Adjacent to the first partition wall section 8, a control element 12, in particular a bypass flap or a bypass valve is arranged.
  • the control element 12 assumes a first bypass position BS, in which the entire inflowing exhaust gas which flows into the heat exchanger 1 via the heat exchanger inlet 15 is directed in the direction of the bypass direction BR into the third flow channel 3 and flows through it.
  • a second position of the control element 12 which is shown in dashed lines KS flows in the direction KR through the second flow channels 2, in particular the tubes 7.
  • the control element 12 assumes a position between the bypass position BS and the radiator position KS. In In this position, exhaust gas flows both through the second flow channels 2 and through the at least one third flow channel 3.
  • the channel 6 is designed in particular as a labyrinthine sealing and expansion channel.
  • the thermal expansion of the first separating element 4 and / or the first partition wall section 8 can be absorbed by the channel and a leakage flow from the first space section 23 to the second space section 24 and from the second space section 24 to the first space section 23 can be minimized.
  • the exhaust gas flows through the bypass channel 10 and the tubes 7 in the direction of the exhaust gas flow direction ASR.
  • Figure 1 b shows the exhaust gas heat exchanger 18 in U-flow with the leakage minimization stretch channel 6.
  • the same features are provided with the same reference numerals as in the previous figures.
  • the third flow channels are not formed as a bypass channel.
  • the housing element 5 has the heat exchanger outlet 16.
  • the bypass channel is arranged and formed in the housing element 5. The exhaust gas flows in the position KS in the second flow channels, flows through them, is deflected in the deflection element 14 and flows through the third flow channels back toward the heat exchanger outlet 16th
  • only a diffuser is provided, and a housing member 5 for receiving the discs. Furthermore, the third flow channels are not formed as a bypass channel.
  • the housing element 5 has the heat exchanger outlet 16.
  • the bypass channel is arranged and formed in the housing element 5. The exhaust gas flows in the position KS in the second flow channels, which are formed between adjacent disks, flows through them, is deflected in the deflecting element 14 and flows through the third flow channels, which are formed between adjacent disks, back toward the heat exchanger outlet 16th
  • FIG. 2a shows a section of the exhaust gas heat exchanger 1. The same features are provided with the same reference numerals. The enlargement of the FIG. 2a is in FIG. 2b and shows a deformed due to thermal expansion second partition wall portion 19th
  • the first recess 21 absorbs this thermal expansion or preforming, which can take place as transverse and / or longitudinal expansion.
  • FIG. 3 shows a second embodiment of the Leckageminim istsentehnungskanals 6.
  • the partition member 4 and in particular the second partition wall portion 9 is formed substantially S-shaped such that the second partition wall portion 9 forms a second recess 22 into which the first partition wall portion 8 engages at least in sections. In this way, the leakage minimization expansion passage 6 is formed.
  • FIG. 4 shows a further third embodiment of the leakage minimization stretch channel 6.
  • the same features are provided with the same reference numerals as in the previous figures.
  • the second partition wall section 9 is integrally attached to the separating element 4, for example, welded, soldered or glued and / or form-fitting, for example riveted or screwed.

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, insbesondere zur Abgaskühlung, für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs mit zumindest einem ersten Strömungskanal zur Durchströmung mit einem ersten Fluid zur Kühlung eines zweiten Fluids, mit zumindest einem zweiten Strömungskanal zur Durchströmung mit dem ersten Fluid und zumindest einem dritten Strömungskanal zur Durchströmung mit dem ersten Fluid, wobei der zumindest eine zweite Strömungskanal und der zumindest eine dritte Strömungskanal durch zumindest ein Trennelement voneinander getrennt sind sowie mit zumindest einem Gehäuseelement zur Beströrnung des zweiten Strömungskanals und/oder des dritten Strömungskanals mit zweitem Fluid.
  • Bei Verbrennungsmotoren wie beispielsweise Dieselmotoren wird Abgas zum Verbrennungsmotor wieder zurückgeführt, um die Emissionen zu reduzieren. Dabei wird ein Teil des Verbrennungsabgases hinter dem Motor entnommen und der unverbrannten Luft wieder zugeführt. Dieser rückgeführte Abgasstrom wird dabei in einem Wärmetauscher wie beispielsweise in einem Abgaskühler gekühlt. Dabei sollen möglichst niedrige Mischtemperaturen zwischen Ladeluft und dem rückgeführten Abgas erreicht werden. Die niedrigen Mischtemperaturen sind für einen kraftstoffeffizienten und emissionsarmen Verbrennungsvorgang erforderlich.
  • Beispielsweise beim Kaltstart des Verbrennungsmotors steht die Kühlung des rückgeführten Abgasstroms einer gewünschten Aufwärmung des Motors jedoch entgegen. In diesem Fall soll das Abgas im Wesentlichen ungekühlt der Ladeluft beigemischt werden, um die Erwärmung des Motors zu beschleunigen. Bei Verbrennungsmotoren für Personenkraftwagen und/oder für Nutzfahrzeuge ist es bekannt, dass im Wärmetauscher zur Abgaskühlung zumindest ein Pfad, insbesondere ein Bypasskanal, vorgesehen ist, bei dem das Abgas nicht abgekühlt wird, sondern die Abkühlstrecke herumgeleitet wird. Das Abgas wird durch den gekühlten und/oder ungekühlten Strömungskanal zum Motor zurückgeführt. Für die Steuerung bzw. Regelung des Abgasstroms ist hierzu ein Bypassventil bzw. eine Bypassklappe erforderlich.
  • Der Wärmetauscher, insbesondere zur Abgaskühlung, kann beispielsweise als U-Flow-Wärmetauscher ausgebildet sein. Dabei sind beim Wärmetauscher die Eintrittsseite und die Austrittsseite im Wesentlichen identisch. Das Abgas wird in der Einrichtung dem ersten Strömungspfad durch den Kühler im Wesentlichen längs hindurchgeführt, wird dann am Ende umgelenkt und wieder im Wesentlichen in entgegengesetzter Richtung zur Eintrittsstelle zurückgeführt. Die Regeiungsvorrichtung, insbesondere das Bypassventil bzw. die Bypassklappe, ist dabei im Wesentlichen auf der Eintrittsseite angeordnet.
  • Femer ist eine so genannte I-Flow-Anordnung des Wärmetauschers zur Abgaskühlung bekannt. Dabei sind der Strömungskanal zur Kühlung des Abgases und der Strömungskanal für das ungekühlte Abgas im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet. Das Abgas tritt an einer Seite in den Kühler ein und tritt an der anderen Seite wieder aus dem Kühler heraus.
  • Das Gehäuseelement, in dem die Regelungsvorrichtung, insbesondere die Bypassklappe bzw. das Bypassventil, angeordnet sind, und die Trennwand zwischen benachbarten Strömungskanälen weisen einen Spalt auf. Aufgrund von Fertigungstoleranzen sowie zum Ausgleich der thermischen Expansion der Bauteile ist aus dem Stand der Technik der Spalt bekannt. Der Spalt führt jedoch zu Undichtigkeiten, so dass es zu einer Leckageströmung zwischen den Kanälen kommt. Ein Beispiel für eine solche Vorrichtung ist in FR-2873412 gezeigt.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen, insbesondere ein Überströmen von Medium von dem einen in den anderen Kanal zu vermeiden, insbesondere zumindest deutlich zu reduzieren.
  • Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
  • Der Wärmetauscher zur Abgaskühlung für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs weist zumindest abschnittsweise zwischen einem Trennelement und einem Gehäuseelement zumindest einen Kanal auf, der als Leckageminimierungsdehnungskanal ausgebildet ist derart, dass der Leckagestrom von zweitem Fluid zwischen dem zumindest einen zweiten und dem zumindest einen dritten Strömungskanals minimiert und Längs- und/oder Querdehnungen des Trennelements und/oder des Gehäuseelements von dem Kanal aufnehmbar sind.
  • Das Trennelement ist insbesondere eine Trennwand bzw. ein Trennwandabschnitt.
  • Unter "Gehäuseelement" ist insbesondere ein Eintritts- oder Austrittsdiffusor bzw. ein Flansch zu verstehen.
  • In einer vorteilhaften Weiterbildung sind zweite Strömungskanäle und/oder zumindest ein dritter Strömungskanal als Rohre ausgebildet, die in zumindest einem Rohrboden aufgenommen sind.
  • In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist zumindest ein Gehäuseelemenf zumindest einen ersten Trennwandabschnitt auf.
  • In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist der zumindest eine erste Trennwandabschnitt eine erste insbesondere nutförmige Aussparung auf.
  • In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist zumindest ein zweiter Trennwandabschnitt vorgesehen.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung greifen der erste Trennwandabschnitt und der zweite Trennwandabschnitt zumindest abschnittsweise ineinander.
  • Auf diese Weise wird eine Leckageströmung zwischen zweiten Strömungskanälen und zumindest einem dritten Strömungskanal besonders vorteilhaft minimiert.
  • In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist der zweite Trennwandabschnitt eine zweite, insbesondere nutförmige, Aussparung auf.
  • In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind der zumindest eine erste Trennwandabschnitt und/oder der zumindest eine zweite Trennwandabschnitt im Wesentlichen s-förmig ausgebildet.
  • In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der zweite Trennwandabschnitt stoffschlüssig mit dem Trennelement verbunden.
  • In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das Trennelement zumindest abschnittsweise als zweiter Trennwandabschnitt ausgebildet.
  • In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der zumindest eine dritte Strömungskanal als Bypasskanal zur Vermeidung des Wärmetauschers zwischen zweitem Medium und erstem Medium ausgebildet.
  • Auf diese Weise kann besonders vorteilhaft zweites Medium wie beispielsweise Abgas ungekühlt durch den Wärmetauscher strömen.
  • In einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass benachbart, insbesondere zustromseitig, des ersten Trennwandabschnitts zumindest ein Regelelement zur Bypass- und/oder Abgasrückführregelung angeordnet ist. Auf diese Weise kann Abgas durch den Wärmetauscher gekühlt und/oder ungekühlt strömen.
  • In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der Wärmetauscher als I-Flow-Wärmetauscher ausgebildet. Dabei ist in besonders vorteilhafter Weise auf der einen Seite der Eintritt in den Wärmetauscher und auf der anderen im Wesentlichen gegenüberliegenden Seite der Austritt des Wärmetauschers.
  • In einer anderen Ausbildung der Erfindung ist der Wärmetauscher als U-Flow-Wärmetauscher ausgebildet. Auf diese Weise kann besonders vorteilhaft ein Boden eingespart werden und der Eintritt und der Austritt in den Wärmetauscher auf derselben Seite angeordnet sein.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und aus der Zeichnung. Die Gegenstände der Unteransprüche beziehen sich auf den erfindungsgemäßen Wärmetauscher, insbesondere zur Abgaskühlung für einen Verbrennungsmotor.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert, wobei eine Beschränkung der Erfindung hierdurch nicht erfolgen soll. Es zeigen
    • Figur 1a:
    einen Abgaswärmetauscher im I-Flow mit einem Kanal, der als Leckageminimierungsdehnungskanal ausgebildet ist;
    Figur 1b:
    einen Abgaswärmetauscher im U-Flow mit einem Leckageminimierungsdehnungskanal;
    Fibur 2a:
    einen Ausschnitt des Abgaswärmetauschers der Figuren 1 a oder 1b;
    Figur 2b:
    eine Vergrößerung des Ausschnitts der Figur 2a mit Darstellung der Wärmedehnung des zweiten Trennwandabschnitts;
    Figur 3:
    ein zweites Ausführungsbeispiel des Leckageminimierungsdehnungskanals;
    Figur 4:
    ein drittes Ausführungsbeispiel des Leckageminimierungsdehnungskanals.
  • Figur 1a zeigt einen Abgaswärmetauscher 1 im I-Flow mit einem Leckageminimierungsdehnungskanal 6.
  • Der Wärmetauscher 1 wird im Folgenden als Abgaswärmetauscher 1 bezeichnet. Ferner kann es sich in anderen Ausgestaltungen beim Wärmetauscher 1 um einen Kühlmittelkühler zur Motorkühlung und/oder einen Ladeluftkühler zur Ladeluftkühlung und/oder einen Ölkühler zur Ölkühlung wie beispielsweise zur Getriebeölkühlung und/oder einen Kondensator einer Klimaanlage oder einen Gaskühler einer Klimaanlage oder einen Batteriekühler zur Kühlung von Batterien handeln.
  • Der Abgaswärmetauscher 1 weist ein nicht genauer bezeichnetes Gehäuse auf. Das Gehäuse weist zumindest eine Gehäusewand 13 und zwei Gehäuseelemente 5 auf. Die Gehäuseelemente 5 sind beispielsweise als Flanschgehäuseelemente bzw. Eintritts- und/oder Austrittsdiffusoren ausgebildet. Das Gehäuseelement 5 ist in einem anderen nicht dargestellten Ausführungsbeispiel gekühlt.
  • Der Abgaswärmetauscher 1 weist ferner zwei Rohrböden 11 auf, die zur Aufnahme der ersten Strömungskanäle 2, insbesondere der Rohre 7 und/oder des zumindest einen dritten Strömungskanal 3, insbesondere des Rohres 7, dienen. Die Rohre 7 sind mit den Rohrböden 11 stoffschlüssig wie beispielsweise durch Schweißen, Löten, Kleben usw. und/oder formschlüssig wie beispielsweise durch Falzen, Bördeln oder Verkrimpen verbunden.
  • Die Rohrböden 11 weisen Öffnungen zur Aufnahme der zweiten Strömungskanäle 2 und des zumindest einen dritten Strömungskanals insbesondere der Rohre auf.
  • Die zweiten Strömungskanäle 2, insbesondere die Rohre 7, weisen turbulenzerzeugende Elemente wie beispielsweise Winglets oder andere Ausprägungen mit beliebiger Form auf, die direkt in die Rohre 7 eingebracht sind. In einem anderen Ausführungsbeispiel sind die turbulenzerzeugende Elemente mittels beispielsweise turbulenzerzeugender Bleche in die Rohre 7 eingeschoben.
  • Das Gehäuseelement 5 und/oder die Rohrböden 11 sind aus einem Material, insbesondere aus einem Blechmaterial, wie beispielsweise aus Edelstahl oder aus Grauguss oder aus Aluminium oder aus einem anderen Metallguss ausgebildet. Die Gehäusewand 13 ist beispielsweise aus einem Metall wie Edelstahl oder aus einem anderen Stahl oder aus Kunststoff oder aus Faserverbundwerkstoff ausgebildet. Zwischen den zweiten Strömungskanälen 2 und dem zumindest einen dritten Strömungskanal 3 ist ein Trennelement, insbesondere eine Trennwand, mit einem zweiten Trennwandabschnitt 9 angeordnet.
  • In einer anderen Ausgestaltung weist der Abgaswärmetauscher 1 zumindest einen Diffusor, insbesondere einen Eintritts- und/oder Austrittsdiffusor, auf. Ferner ist ein Gehäuse vorgesehen zur Aufnahme der ersten Strömungskanäle 2, die jeweils zwischen zwei benachbarten Scheiben ausgebildet sind und/oder des zumindest einen dritten Strömungskanal 3, der zwischen zwei benachbarten Scheiben ausgebildet ist Die Scheiben sind dem zumindest einen Diffusor und/oder mit dem Gehäuse stoffschlüssig wie beispielsweise durch Schweißen, Löten, Kleben usw. und/oder formschlüssig wie beispielsweise durch Falzen, Bördeln oder Verkrimpen verbunden.
  • Die zweiten Strömungskanäle 2, die zwischen zwei benachbarten Scheiben ausgebildet sind, weisen turbulenzerzeugende Elemente wie beispielsweise Turbulenzeinlagen und/oder turbulenzerzeugende Elemente, die beispielsweise aus den Scheiben ausgebildet sind oder andere Ausprägungen mit beliebiger Form auf. In einem anderen Ausführungsbeispiel sind die turbulenzerzeugende Elemente mittels beispielsweise turbulenzerzeugender Beche zwischen den Scheiben angeordnet.
  • Das Gehäuseelement 5 und/oder die Diffusoren sind aus einem Material, insbesondere aus einem Blechmaterial, wie beispielsweise aus Edelstahl oder aus Grauguss oder aus Aluminium oder aus einem anderen Metallguss ausgebildet. Die Gehäusewand 13 ist beispielsweise aus einem Metall wie Edelstahl oder aus einem anderen Stahl oder aus Kunststoff oder aus Faserverbundwerkstoff ausgebildet. Zwischen den zweiten Strömungskanälen 2 und dem zumindest einen dritten Strömungskanal3 ist ein Trennelement, insbesondere eine Trennwand, mit einem zweiten Trennwandabschnitt 9 angeordnet.
  • Das Gehäuseelement 5 weist einen ersten Trennwandabschnitt 8 auf. Der erste Trennwandabschnitt 8 weist eine erste Aussparung 21 auf, die beispielsweise als Nut wie beispielsweise eine Rechtecknut ausgebildet ist. In einem anderen Ausführungsbeispiel weist die erste Aussparung 21 eine im Wesentlichen dreieckförmige oder vieleckförmige oder trapezförmige und/oder zumindest abschnittsweise radius- oder ellipsenförmige Querschnittsfläche auf.
  • Der zweite Trennwandabschnitt ist zumindest abschnittsweise in der ersten Aussparung 21 angeordnet. Die Breite der ersten Aussparung 21 ist dabei größer als die Breite des zweiten Trennwandabschnitts. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der zweite Trennwandabschnitt im Wesentlichen parallel zur ersten Aussparung 21 angeordnet. In einem anderen Ausführungsbeispiel ist der zweite Trennwandabschnitt 9 im Wesentlichen in einem Winkel von 0° bis 90°, insbesondere von 0° bis 70°, insbesondere von 0° bis 45°, insbesondere von 0° bis 30°, insbesondere von 0° bis 15°, insbesondere von 0° bis 5° angeordnet. Benachbart zum ersten Trennwandabschnitt 8 ist ein Regelelement 12, insbesondere eine Bypassklappe oder ein Bypassventil angeordnet. Das Regelelement 12 nimmt dabei eine erste Bypassstellung BS ein, in der das gesamte einströmende Abgas, das über in Wärmetauschereintritt 15 in den Wärmetauscher 1 einströmt in Richtung der Bypassrichtung BR in den dritten Strömungskanal 3 geleitet und durchströmt diesen. In einer zweiten Stellung des Regelelements 12, die gestrichelt dargestellt ist KS, strömt in Richtung KR durch die zweiten Strömungskanäle 2, insbesondere die Rohre 7. In dieser Stellung wird das Abgas in den Rohren 7 gekühlt. In einer weiteren dritten Stellung nimmt das Regelelement 12 eine Stellung zwischen der Bypassstellung BS und der Kühlerstellung KS ein. In dieser Stellung strömt Abgas sowohl durch die zweiten Strömungskanäle 2 als auch durch den zumindest einen dritten Strömungskanals 3.
  • Der Kanal 6 ist insbesondere als labyrinthartiger Dichtungs- und Dehnungskanal ausgebildet. So kann die Wärmedehnung des ersten Trennelements 4 und/oder des ersten Trennwandabschnitts 8 durch den Kanal aufgenommen werden und eine Leckageströmung von dem ersten Raumabschnitt 23 zum zweiten Raumabschnitt 24 bzw. vom zweiten Raumabschnitt 24 zum ersten Raumabschnitt 23 minimiert werden. Das Abgas durchströmt den Bypasskanal 10 bzw. die Rohre 7 in Richtung der Abgasströmungsrichtung ASR.
  • Figur 1 b zeigt den Abgaswärmetauscher 18 in U-Flow mit dem Leckageminimierungsdehnungskanal 6. Gleiche Merkmale sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen wie in den vorherigen Figuren.
  • Im Unterschied zur Figur 1a weist die Figur 1b nur einen Rohrboden 11 auf. Ferner sind die dritten Strömungskanäle nicht als Bypasskanal ausgebildet. Das Gehäuseelement 5 weist den Wärmetauscheraustritt 16 auf. Der Bypasskanal ist in dem Gehäuseelement 5 angeordnet und ausgebildet. Das Abgas strömt in der Stellung KS in die zweiten Strömungskanäle, durchströmt diese, wird im Umlenkelement 14 umgelenkt und strömt durch die dritten Strömungskanäle wieder zurück in Richtung Wärmetauscheraustritt 16.
  • In einer anderen Ausgestaltung ist nur ein Diffusor vorgesehen, sowie ein Gehäuseelement 5zur Aufnahme der Scheiben. Ferner sind die dritten Strömungskanäle nicht als Bypasskanal ausgebildet. Das Gehäuseelement 5 weist den Wärmetauscheraustritt 16 auf. Der Bypasskanal ist in dem Gehäuseelement 5 angeordnet und ausgebildet. Das Abgas strömt in der Stellung KS in die zweiten Strömungskanäle, die zwischen benachbarten Scheiben ausgebildet sind, durchströmt diese, wird im Umlenkelement 14 umgelenkt und strömt durch die dritten Strömungskanäle, die zwischen benachbarten Scheiben ausgebildet sind, wieder zurück in Richtung Wärmetauscheraustritt 16.
  • Figur 2a zeigt einen Ausschnitt des Abgaswärmetauschers 1. Gleiche Merkmale sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Vergrößerung der Figur 2a ist in Figur 2b dargestellt und zeigt einen aufgrund von Wärmedehnung verformten zweiten Trennwandabschnitt 19.
  • Die erste Aussparung 21 nimmt diese Wärmedehnung bzw. -vorformung, die als Quer- und/oder Längsdehnung erfolgen kann, auf.
  • Figur 3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel des Leckageminimierungsdehnungskanals 6. Hierbei ist das Trennelement 4 und insbesondere der zweite Trennwandabschnitt 9 im Wesentlichen s-förmig derart ausgebildet, dass der zweite Trennwandabschnitt 9 eine zweite Aussparung 22 bildet, in die der erste Trennwandabschnitt 8 zumindest abschnittsweise eingreift. Auf diese Weise wird der Leckageminimierungsdehnungskanal 6 ausgebildet.
  • Figur 4 zeigt ein weiteres drittes Ausführungsbeispiel des Leckageminimierungsdehnungskanals 6. Gleiche Merkmale sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen wie in den vorherigen Figuren.
  • Hierbei ist an das Trennelement 4 der zweite Trennwandabschnitt 9 stoffschlüssig angebracht beispielsweise angeschweißt, angelötet oder angeklebt und/oder formschlüssig beispielsweise angenietet oder angeschraubt.
  • Die Merkmale der verschiedenen Ausführungsbeispiele sind beliebig miteinander kombinierbar. Die Erfindung ist auch für andere als die gezeigten Gebiete einsetzbar.

Claims (15)

  1. Wärmetauscher, insbesondere zur Abgaskühlung, für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs
    aufweisend
    zumindest einen ersten Strömungskanal (1) zur Durchströmung mit einem ersten Fluid zur Kühlung eines zweiten Fluids,
    zumindest einen zweiten Strömungskanal (2) zur Durchströmung mit dem zweiten Fluid und zumindest einen dritten Strömungskanal (3) zur Durchströmung mit dem zweiten Fluid, wobei der zumindest eine zweite Strömungskanal (2) und der zumindest eine dritte Strömungskanal (3) durch zumindest ein Trennelement (4) voneinander getrennt sind,
    zumindest ein Gehäuseelement (5) zur Beströmung des zweiten Strömungskanals (2) und/oder des dritten Strömungskanals (3) mit zweitem Fluid.
    dadurch gekennzeichnet, dass
    zumindest abschnittsweise zwischen dem Trennelement (4) und dem zumindest einen Gehäuseelement (5) zumindest ein Kanal (6) als Leckageminimierungsdehnungskanal (6) ausgebildet ist, derart, dass der Leckagestrom von zweitem Fluid zwischen dem zumindest einen zweiten und dem zumindest einen dritten Strömungskanal (2, 3) minimiert und Längs- und/oder Querdehnungen des Trennelements (4) und/oder des Gehäuseelements (5) von dem Kanal (6) aufnehmbar sind.
  2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zweite Strömungskanäle (2) und/oder zumindest ein dritter Strömungskanal (3) zwischen benachbarten Scheiben ausgebildet sind.
  3. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zweite Strömungskanäle (2) und/oder zumindest ein dritter Strömungskanal (3) als Rohre (7) ausgebildet sind, die in zumindest einem Rohrboden (11) aufgenommen sind.
  4. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Gehäuseelement (5) zumindest einen ersten Trennwandabschnitt (8) aufweist.
  5. Wärmetauscher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine erste Trennwandabschnitt (8) eine erste, insbesondere nutförmige, Aussparung (21) aufweist.
  6. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein zweiter Trennwandabschnitt (9) vorgesehen ist.
  7. Wärmetauscher nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Trennwandabschnitt (8) und der zweite Trennwandabschnitt (9) zumindest abschnittsweise ineinandergreifen.
  8. Wärmetauscher nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Trennwandabschnitt (9) eine zweite, insbesondere nutförmige, Aussparung (22) aufweist.
  9. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine erste Trennwandabschnitt (8) und/oder der zumindest eine zweite Trennwandabschnitt (9) im Wesentlichen s-förmig ausgebildet sind.
  10. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Trennwandabschnitt (9) stoffschlüssig mit dem Trennelement (4) verbunden ist.
  11. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Trennelement (4) zumindest abschnittsweise als zweiter Trennwandabschnitt (9) ausgebildet ist.
  12. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine dritte Strömungskanal (3) als Bypasskanal (10) zur Vermeidung des Wärmetauschs zwischen zweitem Medium und erstem Medium ausgebildet ist.
  13. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 4 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass benachbart, insbesondere zustromseitig oder abstromseitig, des ersten Trennwandabschnitts (8) zumindest ein Regelelement (12) zur Bypass- und/oder Abgasrückführ-Regelung angeordnet ist.
  14. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (1) als I-Flow-Wärmetauscher ausgebildet ist.
  15. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (18) als U-Flow-Wärmetauscher ausgebildet ist.
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