EP2929267B1 - Wärmeübertrager - Google Patents

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EP2929267B1
EP2929267B1 EP13799328.3A EP13799328A EP2929267B1 EP 2929267 B1 EP2929267 B1 EP 2929267B1 EP 13799328 A EP13799328 A EP 13799328A EP 2929267 B1 EP2929267 B1 EP 2929267B1
Authority
EP
European Patent Office
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flow channels
fluid
heat exchanger
flow
inflow
Prior art date
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Not-in-force
Application number
EP13799328.3A
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English (en)
French (fr)
Other versions
EP2929267A1 (de
Inventor
Jürgen BARWIG
Steffen Ensminger
Spasoje Ignjatovic
Ulrich Maucher
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 International GmbH
Original Assignee
Mahle International GmbH
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 Mahle International GmbH filed Critical Mahle International GmbH
Publication of EP2929267A1 publication Critical patent/EP2929267A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP2929267B1 publication Critical patent/EP2929267B1/de
Not-in-force 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
    • F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/16—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation
    • F28D7/1684—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation the conduits having a non-circular cross-section
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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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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    • F28D21/0001—Recuperative heat exchangers
    • F28D21/0003—Recuperative heat exchangers the heat being recuperated from exhaust gases
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F28D9/0025—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 being formed by zig-zag bend plates
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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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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    • F28D9/0081—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 a single plate-like element ; the conduits for one heat-exchange medium being integrated in one single plate-like element
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/02—Header boxes; End plates
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • 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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    • F28D2021/0019—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for
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    • F28D2021/0082—Charged air coolers
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    • F28F9/02—Header boxes; End plates
    • F28F2009/0285—Other particular headers or end plates
    • F28F2009/029—Other particular headers or end plates with increasing or decreasing cross-section, e.g. having conical shape

Definitions

  • the invention relates to a heat exchanger having a block of first and second flow channels, which are arranged adjacent to one another, wherein the block is open on an inflow side and on an outflow side of the first flow channels for inflow or outflow of a first fluid into or out of the first Flow channels, wherein the second flow channels have openings for the inflow and outflow of a second fluid, in particular according to the preamble of claim 1.
  • Heat exchangers of the above type are known in the art, for example, for exhaust gas cooler or intercooler.
  • exhaust gas or charge air is used as the first fluid
  • a liquid coolant is used as the second fluid.
  • the alternating arrangement of the first and the second flow channels causes a favorable cooling of the first fluid.
  • Such heat exchangers are known, for example, as disk heat exchangers or stacked plate heat exchangers.
  • disk heat exchangers pairs of disks are connected to first fluid channels, with a plurality of successive pairs of disks forming the second fluid channels between them.
  • Stapelaminkorübertragern same discs are stacked on each other, wherein between the discs alternately first and second fluid channels are arranged.
  • a disadvantage of the disc or Stapelmbon beauen is the resulting during production of the discs waste or cutting waste.
  • Heat exchangers in which second channels are arranged in a comb-like manner, so that first channels are formed between adjacent second channels, are, for example, made BE438312 or DE3226984 known.
  • An embodiment of the invention relates to a heat exchanger with a block of first and second flow channels, wherein the block is open on an inflow side and on an outflow side of the first flow channels for inflow and outflow of a first fluid into or out of the first flow channels, wherein the second flow channels have openings for the inflow and outflow of a second fluid, wherein the block consists of a first element and a second element, the first and the second element each form second flow channels and a side wall, wherein the elements are joined together so that the two side walls form opposite side walls of the block and the second flow channels extend between the side walls and form first flow channels between them and the side walls.
  • two second flow channels form the remaining side walls of the block, so that it is enclosed on four sides by a wall.
  • These two flow channels are preferably two outer second flow channels.
  • the second flow channels and the side wall of an element are made of a part by embossing and folding.
  • the element is for example made of strip material, embossed and folded, so that between two layers of the strip material, a flow channel can flow the fluid of the first flow channel.
  • the second flow channels and the side wall of an element are formed comb-like. As a result, it is easy to form a side wall and second flow channels protruding therefrom.
  • the second flow channels of one element engage between the second flow channels of the other element. This ensures that the two side walls face each other and the second flow channels are aligned parallel to each other.
  • the second flow channels of an element are supported the side wall of the other element from. This will be a seal reaches the first flow channels, since they are arranged between the second flow channels.
  • the side wall of an element has at least one abutment region or abutment regions which serve to abut at least one end region or end regions of the second flow channels. These investment areas serve to support and secure placement before connecting or soldering, so that a defined position can be reached.
  • a second flow channel has an inlet and / or outflow opening at a region of its fold.
  • the flow channel may be embossed in the region of the fold in order to achieve an inflow or outflow through the opening thus formed.
  • a second flow channel has an inlet and / or outflow opening at one end region. It can thereby be achieved that the second flow channel can be supplied with the fluid from the same side as the other second flow channels which protrude from the other side wall. Thus, collection boxes are not needed on both sides. As a result, a simple configuration can be achieved.
  • a side wall adjacent to openings in the end region of the second flow channel has openings in the system area.
  • the openings in the end areas can be supplied.
  • openings for the inflow and / or outflow of a fluid into or out of the second flow channels are arranged on a side wall of the block.
  • the openings for the inflow of a fluid into the second flow channels are provided with a collector with fluid inlet and the openings for the outflow of a fluid from the second flow channels are provided with a collector with fluid outlet.
  • the block is provided on its inflow side and / or on its outflow side of the first flow channels with a collector with inlet or outlet opening.
  • the Fig. 1 shows a heat exchanger 1 with a block 2, wherein the block 2 has first flow channels 3 and second flow channels 4.
  • the block 2 is bounded by side walls 5, 6 to the outside and has at the two end faces 7, 8, to which the first flow channels 3 are open to flow, collectors 9, 10, which are provided with inlet and outlet openings 11, 12 ,
  • a first fluid can enter the collector 9 through the inlet opening 11, then pass through the first flow channels 3 and leave the heat exchanger 1 via the collector 10 and the outlet opening 12.
  • the end face 7 forms an inflow side of the first flow channels 3 of the block 2, wherein the end face 8, the outflow side of the first flow channels 3 of the Blocks 2 forms.
  • the first flow channels 3 are open to inflow or outflow of a first fluid into the first flow channels 3 and out of the first flow channels 3, respectively.
  • the second flow channels 4 are provided on a side wall 6 with openings 13, 14 which serve for the inflow or outflow of a second fluid into the second flow channels 4 or out of the second flow channels 4.
  • the openings 13, 14 as inflow openings or outflow openings are arranged one above the other in a direction perpendicular to the flow direction 15 of the first fluid.
  • the openings 13 are arranged adjacent to the inlet of the first fluid at an end region of the second flow channels 4, wherein the openings 14 are arranged adjacent to the exit of the first fluid in the end region of the second flow channels 4.
  • the openings 14 represent the inflow opening and the openings 13 the outflow openings. With a flow through the co-current, the openings would reverse.
  • FIGS. 2 and 3 show in a perspective view a first element 20, the second flow channels 21 and a side wall 22 has.
  • the first element 20 is formed of a strip material, being made by embossing and folding.
  • the second flow channels 21 are double-walled and are formed by folds in the region of the side wall 22 at 23 and at the end regions 24 of the second flow channels.
  • the second flow channels 21 have an embossment 25 on the edge, so that the upper side 26 can be connected at the edge to the underside 27 of the flow channel in order to generate a flow volume within the second flow channel 21.
  • the second flow channels 21 are provided with the openings 28, 29 in order to allow a second fluid to flow into the second flow channel 21 or to flow out of the second flow channel 21.
  • the side wall 22 has arcuate regions 30 which serve as abutment regions for abutment of end regions of two flow channels 21.
  • the side walls 22 have at their end portions angled ends 31 which serve to fix second flow channels 21 which project from an opposite side wall onto the present side wall.
  • the 4 and 5 show a second element 40 in a perspective view with second flow channels 41 and a side wall 42.
  • the element 40 is preferably again formed of a strip material by embossing and folding, wherein the second flow channels 41 are again formed double-walled, with a respective contacting edge, so that between the edges of a volume is formed to achieve a flow.
  • the flow channels 41 protrude from the side wall 42 substantially rectangular and comb-like, wherein the flow channels have openings 43, which serve the inflow or outflow from the flow channel.
  • the side wall 42 has abutment regions 45, which serve to abut end regions 46 of the second flow channels.
  • In the embodiment of 4 and 5 has the second element in the area of the contact areas 45 openings 47, which serve for the flow through second flow channels, which are arranged or applied in the contact area 45.
  • the 6 and 7 show a block 50 of first flow channels 51 and second flow channels 52.
  • the first flow channels 51 are formed between the second flow channels 52.
  • the block 50 consists of a first element 53 and a second element 54 according to the Fig. 2 to 5 , which are connected to each other such that the two flow channels 52 of the first element and the second element 53, 54 are mutually intermeshed, wherein the ends 55 of the flow channels 52 at the contact areas 56 of the side walls 53, 54 come into contact.
  • the openings 28, 29 of the Fig. 2, 3rd aligned with openings 47 of the Fig. 4, 5 so that an inflow and outflow into the second flow channels is possible, which are supported in their end regions at contact areas and which have their openings for inflow and outflow at these end regions.
  • the 8 and 9 show the heat exchanger 1 in other perspective views, wherein the block 2 can be seen from different sides.
  • the side wall which faces the side wall with the openings 13, 14, has no openings.
  • the collectors 9, 10 have a central inflow or outflow opening 11, 12 which is surrounded by a flange 16 in order to be able to connect the heat exchanger to a supply line, for example for exhaust gas or charge air.
  • the Fig. 10 shows an enlarged view of an arrangement of second flow channels 60 with side openings 61 for the inflow and outflow of a fluid.
  • Embossments 63 are provided on the edge regions 62 in order to seal the flow channels against one another. No embossing is provided between these edge regions, so that the inlet or outlet openings 61 can be formed.
  • the outer flow channels have a fold 64 in this area in order to be able to stably define the edges of the opening 61.
  • embossed dimples or beads are provided in the first and / or second flow channels for flow guidance. This can advantageously bring about a better cooling performance, reduced temperature peaks in poorly flowed through areas and / or improvements in the process by supporting the wall areas.
  • This is particularly preferred in an embodiment of the heat exchanger for using a gaseous first fluid and a liquid second fluid, such as an exhaust gas coolant cooler, such as an indirect charge air cooler, in which the charge air is cooled by liquid coolant.
  • At least one of the flow channels may be formed without an inserted turbulence insert.
  • the corresponding flow channel can have a wavy profiled separating surface for generating turbulences in the first and / or in the second fluid channels. This embodiment is preferred in liquid first and second fluid, such as in an oil-coolant radiator.
  • an inserted turbulence insert in particular a turbulence insert, can be provided in the flow channel for the first fluid in the first and / or second fluid channel. This is preferred with gaseous first fluid.
  • the heat exchanger is preferably designed as a cross-flow or cross-countercurrent heat exchanger. Preferably, no collecting boxes for the first fluid are provided. It is preferably a design for heat exchangers with a large cross-section for the first fluid, in particular for a heat exchanger of components in a cooling module in the incoming air of the vehicle, such as a coolant radiator, oil cooler, air conditioner etc.
  • materials of the heat exchanger is preferably steel or aluminum or an aluminum alloy.
  • a collector of the second fluid it is possible, if this is provided with a circumferential curl, to increase the contact surface and possibly to achieve a better soldering result and possibly a higher strength.
  • the collector is also a staple form in which the collector also includes the folded matrix above and below.
  • the collector can also be stapled to it in the manufacturing process for positioning on other elements of the heat exchanger, such as by tack welds.
  • both sides consist of the same, repetitive comb or loop contour, which, however, differ by different positions of the openings for the first and the second fluid. It is particularly advantageous if the two comb profiles have the identical structure, but if necessary they differ by the number of channels for the second fluid can. The flow through the heat exchanger would then be referred to as the Z-flow with an odd number of channels for the second fluid.
  • an additional base and cover plate is provided to facilitate a positive connection between the collector for the first fluid and the matrix, and to increase the strength.
  • the heat exchanger can also be designed as a so-called one-shot soldering, and if necessary, including holder and other peripheral parts are soldered in one.

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  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

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 erstes 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.
  • Wärmeübertrager, bei denen zweite Kanäle kammartig ineinander verschränkt angeordnet sind, so dass zwischen benachbarten zweiten Kanälen erste Kanäle entstehen, sind bspw. aus BE438312 oder DE3226984 bekannt.
    • 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, 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. 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.
  • Erfindungsgemäß sind die zweiten Strömungskanäle und die Seitenwand eines Elements aus einem Teil durch Prägen und Falten gefertigt. 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.
  • Erfindungsgemäß greifen die zweiten Strömungskanäle eines Elements zwischen die zweiten Strömungskanäle des anderen Elements. Dadurch wird erreicht, dass die beiden Seitenwände sich gegenüberstehen und die zweiten Strömungskanäle parallel zueinander ausgerichtet sind.
  • Ebenso gemäß der Erfindung stützen sich die zweiten Strömungskanäle eines Elements an der Seitenwand des jeweils anderen Elements ab. 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 zweiten 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:
    • Fig.1
    eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Wärmeübertragers mit einem Block erster und zweiter Strömungskanäle und mit einer Zu- und Abführung eines ersten Fluids,
    Fig.2
    ein erstes Element zur Bildung des Blocks erster und zweiter Strömungskanäle in einer perspektivischen Darstellung,
    Fig.3
    ein erstes Element zur Bildung des Blocks erster und zweiter Strömungskanäle in einer perspektivischen Darstellung,
    Fig.4
    ein zweites Element zur Bildung des Blocks erster und zweiter Strömungskanäle in einer perspektivischen Darstellung,
    Fig.5
    ein zweites Element zur Bildung des Blocks erster und zweiter Strömungskanäle in einer perspektivischen Darstellung,
    Fig.6
    ein Block erster und zweiter Strömungskanäle in einer perspektivischen Darstellung,
    Fig.7
    ein Block erster und zweiter Strömungskanäle in einer perspektivischen Darstellung,
    Fig.8
    eine weitere schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Wärmeübertragers mit einem Block erster und zweiter Strömungskanäle und mit einer Zu- und Abführung eines ersten Fluids,
    Fig.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
    Fig.10
    ein weiteres Element zur Bildung des Blocks erster und zweiter Strömungskanäle in einer perspektivischen Darstellung.
    Bevorzugte Ausführung der Erfindung
  • Die Fig. 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 Fig. 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 Fig. 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 Fig. 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 Fig. 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 Fig. 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 Fig. 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 Fig. 2, 3 fluchten mit Öffnungen 47 der Fig. 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 Fig. 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 Fig. 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.
  • Besonders vorteilhaft ist, wenn geprägte Dimpel oder Sicken in den ersten und/oder zweiten Strömungskanälen zur Strömungsführung vorgesehen sind. Dies kann vorteilhaft eine bessere Kühlleistung, reduzierte Temperaturspitzen in schlecht durchströmten Bereichen und/oder Verbesserungen im Prozess durch eine Abstützung der Wandbereiche bewirken. Dies ist insbesondere bevorzugt bei einer Ausführung des Wärmeübertragers zur Verwendung eines gasförmigen ersten Fluids und eines flüssigen zweiten Fluids, wie beispielsweise ein Abgas-Kühlmittel-Kühler, wie einen indirekten Ladeluftkühler, bei welchem die Ladeluft durch flüssiges Kühlmittel gekühlt wird.
  • Weiterhin kann zumindest einer der Strömungskanäle ohne eine eingelegte Turbulenzeinlage ausgebildet sein. Dazu kann der entsprechende Strömungskanal eine wellig profilierte Trennfläche zur Erzeugung von Verwirbelungen in den ersten und/oder in den zweiten Fluidkanälen aufweisen. Dieses Ausführungsbeispiel ist bevorzugt bei flüssigem erstem und zweitem Fluid, wie beispielsweise bei einem Öl-Kühlmittelkühler.
  • Dazu alternativ kann in dem ersten und/oder zweiten Fluidkanal eine eingelegte Turbulenzeinlage, insbesondere eine Turbulenzeinlage in dem Strömungskanal für das erste Fluid vorgesehen sein. Dies ist bevorzugt bei gasförmigem erstem Fluid.
  • Der Wärmeübertrager ist bevorzugt als Kreuzstrom- oder Kreuzgegenstromwärmeübertrager ausgebildet. Bevorzugt sind keine Sammelkästen für das erste Fluid vorgesehen. Dabei ist es bevorzugt eine Bauform für Wärmeübertrager mit einem großen Querschnitt für das erste Fluid, insbesondere für einen Wärmeübertrager von Komponenten in einem Kühlmodul in der Anströmluft des Fahrzeugs, wie ein Kühlmittelkühler, Ölkühler, Klimakondensator etc.
  • Als Werkstoffe des Wärmeübertragers ist bevorzugt Stahl oder Aluminium bzw. eine Aluminiumlegierung.
  • Als Ausführungsbeispiele für einen Sammler des zweiten Fluids ist es möglich, wenn dieser mit einer umlaufenden Bördelung versehen ist, zur Erhöhung der Anlagefläche und ggf. zur Erzielung eines besseren Lötergebnis und ggf. einer höheren Festigkeit. Alternativ ist auch eine Klammerform, bei welcher der Sammler die gefaltete Matrix auch oben und unten umfasst.
  • Der Sammler kann im Herstellungsverfahren zur Positionierung an anderen Elementen des Wärmeübertragers auch an diese geheftet werden, wie beispielsweise mittels Heftschweißnähten.
  • Besonders vorteilhaft ist es, wenn beide Seiten aus der gleichen, sich wiederholenden Kamm- bzw. Schlaufenkontur bestehen, die sich jedoch durch unterschiedliche Position der Öffnungen für das erste bzw. das zweite Fluid unterscheiden. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die beiden Kammprofile die identische Struktur aufweisen, wobei sie sich ggf. aber durch die Anzahl der Kanäle für das zweite Fluid unterscheiden können. Die Durchströmung durch den Wärmeübertrager wäre dann als Z-Flow mit ungerader Anzahl von Kanälen für das zweite Fluid zu bezeichnen.
  • Auch kann es vorteilhaft sein, wenn ein zusätzliches Grund- und Deckblech vorgesehen ist, um einen Formschluss zwischen dem Sammler für das erste Fluid und der Matrix zu erleichtern, sowie zur Festigkeitssteigerung.
  • Des Weiteren kann der Wärmeübertrager auch als so genannte One-Shot-Lötung ausgebildet sein, und gegebenenfalls inklusive Halter und anderer Peripherieteile in einem gelötet werden.

Claims (9)

  1. Wärmeübertrager mit einem Block (2, 50) erster (3) und zweiter (4, 21, 41) Strömungskanäle, wobei der Block an einer Einströmseite (11) und an einer Ausströmseite (12) der ersten Strömungskanäle (3) offen ausgebildet ist zur Ein- bzw. Ausströmung eines ersten Fluids in bzw. aus den ersten Strömungskanälen (3), wobei die zweiten Strömungskanäle (4, 21, 41) Öffnungen (13, 14) aufweisen zur Ein- und Ausströmung eines zweiten Fluids, der Block (2, 50) aus einem ersten Element (20) und aus einem zweiten Element (40) besteht, wobei das erste und das zweite Element jeweils zweite Strömungskanäle (4, 21, 41) und eine Seitenwand (22, 42) bilden, wobei die Elemente derart zusammengefügt sind, dass die beiden Seitenwände (22, 42) sich gegenüberliegende Seitenwände des Blocks (2, 50) bilden und die zweiten Strömungskanäle (4, 21, 41) sich zwischen den Seitenwänden (22, 42) erstrecken und erste Strömungskanäle (3) zwischen sich und den Seitenwänden bilden, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Strömungskanäle (4, 21, 41) und die Seitenwand (22, 42) eines Elements (20, 40) aus einem Teil durch Prägen und Falten gefertigt sind und die zweiten Strömungskanäle (4, 21, 41) eines Elements (20, 40) zwischen die zweiten Strömungskanäle (4, 21, 41) des anderen Elements (20, 40) greifen, wobei die zweiten Strömungskanäle (4, 21, 41) eines Elements (20, 40) sich an der Seitenwand (22, 42) des jeweils anderen Elements (20, 40) abstützen.
  2. Wärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Strömungskanäle (4, 21, 41) und die Seitenwand eines Elements kammartig ausgebildet sind.
  3. Wärmeübertrager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenwand eines Elements (20, 40) zumindest einen Anlagebereich (45) oder Anlagebereiche aufweist, die der Anlage von zumindest einem Endbereich oder Endbereichen der zweiten Strömungskanäle dienen.
  4. Wärmeübertrager nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Strömungskanal (4,21) an einem Bereich seiner Faltung eine Ein- und/oder Ausströmöffnung (28, 29) aufweist.
  5. Wärmeübertrager nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Strömungskanal (4,41) an einem Endbereich eine Ein- und/oder Ausströmöffnung (43, 44) aufweist.
  6. Wärmeübertrager nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Seitenwand benachbart zu Öffnungen im Endbereich des zweiten Strömungskanals Öffnungen (47) im Anlagenbereich aufweist.
  7. Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen zur Ein- und/oder Ausströmung eines Fluids (28, 29, 43, 44) in die oder aus den zweiten Strömungskanälen an einer Seitenwand des Blocks angeordnet sind.
  8. 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.
  9. 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 (9, 10) mit Ein- bzw. Ausströmöffnung versehen ist.
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