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EP2844943A1 - Wärmetauscher mit zuführkanal - Google Patents

Wärmetauscher mit zuführkanal

Info

Publication number
EP2844943A1
EP2844943A1 EP13721908.5A EP13721908A EP2844943A1 EP 2844943 A1 EP2844943 A1 EP 2844943A1 EP 13721908 A EP13721908 A EP 13721908A EP 2844943 A1 EP2844943 A1 EP 2844943A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
heat exchanger
channel
medium
shell
sheath
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Withdrawn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
EP13721908.5A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Michael T. Glass
John C. Studabaker
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.)
Benteler Automobiltechnik GmbH
Original Assignee
Benteler Automobiltechnik GmbH
Benteler Automotive Corp
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 Benteler Automobiltechnik GmbH, Benteler Automotive Corp filed Critical Benteler Automobiltechnik GmbH
Publication of EP2844943A1 publication Critical patent/EP2844943A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • F28F9/026—Header boxes; End plates with static flow control means, e.g. with means for uniformly distributing heat exchange media into conduits
    • F28F9/0265—Header boxes; End plates with static flow control means, e.g. with means for uniformly distributing heat exchange media into conduits by using guiding means or impingement means inside the header box
    • 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
    • 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
    • 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
    • F28F9/0202—Header boxes having their inner space divided by partitions
    • 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
    • F28F9/026—Header boxes; End plates with static flow control means, e.g. with means for uniformly distributing heat exchange media into conduits
    • F28F9/028—Header boxes; End plates with static flow control means, e.g. with means for uniformly distributing heat exchange media into conduits by using inserts for modifying the pattern of flow inside the header box, e.g. by using flow restrictors or permeable bodies or blocks with channels
    • 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
    • F28F2009/0285—Other particular headers or end plates

Definitions

  • the present invention relates to a heat exchanger for a motor vehicle according to the features in the preamble of claim 1.
  • a shell-and-tube heat exchanger in which a medium is introduced at one end, strikes a tube sheet and collects on the tube sheet and then through the tube sheet
  • CONFIRMATION COPY Heat exchanger tubes is performed.
  • a second medium is then introduced on the outside of a shell of the heat exchanger, which flows through the heat exchanger and leaves the heat exchanger again at an exit side opposite the inlet of the second medium.
  • the disadvantage here is that, in particular, the tube plate is exposed at least locally the high temperatures of the flowing exhaust gas in the case of using such a tube bundle heat exchanger as exhaust gas heat exchanger.
  • Object of the present invention is therefore to provide a heat exchanger for a motor vehicle, which has at least constant cooling performance better resistance of the inner component components against high temperatures of zuêtden by media.
  • the heat exchanger according to the invention for a motor vehicle wherein the heat exchanger has an outer shell and in the outer shell heat exchanger tubes are arranged and in the shell end face a first medium is discharged and a second medium via the side surface of the shell can be fed, characterized in that the shell on the outside at least partially circumferential a channel is formed, wherein the second medium can be guided by a supply line in the circumferential channel and passes through openings in the shell of the channel in the interior of the shell.
  • an end plate or perforated plate also known as tube sheet, which is penetrated by heat exchanger tubes, is better cooled.
  • a first medium in the heat exchanger is fed to the front side and discharged on the opposite end side again. It will the first medium passed through the heat exchanger tubes.
  • a second medium is introduced into the heat exchanger from one side of the shell according to the countercurrent principle or else a crossflow principle or a direct current principle.
  • the second medium is directed not only from one side at a point or from one side through the shell of the heat exchanger laterally on the located in the shell of the heat exchange heat exchanger tubes, but first via a supply line in the direction of the shell, especially is preferably guided in the direction of one end of the shell.
  • radially at least partially encircling, in particular completely encircling a channel is formed, in which the second medium initially flows and thereby distributed around the shell.
  • the second medium which has been distributed in the channel, can pass through the openings in the interior of the envelope.
  • the second medium not only hits the heat exchanger tubes on one side or at a point, but ideally penetrates into the shell of the heat exchanger on all sides from the outside of the shell, in particular simultaneously and / or at approximately the same temperature, in particular flow temperature.
  • the tube bottom is thus initially flowed around at the same time in a arranged in the region of the end of the shell channel of the second medium, wherein the second medium is in particular a cooling medium, most preferably a cooling water, is.
  • the first medium which is introduced into the front side of the heat exchanger and thus also hits the tubesheet, ensures a strong heating of the tubesheet.
  • an exhaust gas is passed through the heat exchanger, which may have exhaust gas temperatures of more than 600 ° C, at times even more than 800 ° C. Due to the approximately homogeneous cooling of the tube plate with the second medium excessive heating of the tube bottom is avoided and at the same time, since such a heat exchanger often thermally joined, in particular soldered, avoided a one-sided delay due to different thermal expansions. This increases the longevity and tightness of the heat exchanger, which are not resorted to by the better cooled tube bottom on costly and temperature-resistant materials got to. Thus, it is possible to produce the heat exchanger with improved cooling performance significantly cheaper.
  • the shell of the heat exchanger is an outer cassette or an outer circumferential surface.
  • This can in turn itself in cross section, for example, round, oval or even angular, in particular square, most preferably rectangular or square, be formed.
  • the casing itself is preferably overlapped on the outside by a flange, wherein the flange can be designed as a pipe component or else as a fitting or an angle piece, and the flange in particular has a feed line or discharge line for the first medium.
  • the radially encircling channel according to the invention is formed by a radially outwardly oriented form of the flange, the outwardly oriented shape being in particular designed as a bulge oriented radially outward.
  • a cavity is formed between an inner side of the curvature and an outer lateral surface of the casing itself.
  • the feed line for the second medium is in turn connected to the channel on the flange.
  • connection piece is formed in the region of the curvature and / or a recess is formed, which forms the supply line for the channel according to the invention.
  • the second medium in particular a cooling medium, very particularly preferably cooling water, is then conducted into the channel and distributed radially on the outside around the envelope. The medium then enters through openings in the shell in the interior of the heat exchanger or in the interior of the shell.
  • the openings themselves are formed by spaced-apart holes, wherein the holes are formed in the shell circumferentially in the region of the channel. It is possible within the scope of the invention, for example, to place the holes at equal distances from one another radially to one another in the casing. In this case, it is conceivable, for example, for the holes initially to have larger distances from one another in the region of the feed line, the distances of the holes from each other then being reduced with increasing distance in the flow direction of the channel from the feed line.
  • the holes have mutually different opening cross-sections, wherein the opening cross-sections are increasingly formed in the flow direction of the channel in particular from spaced apart openings coming from the supply line ago. Consequently, the openings in the region of the feed line have a smaller opening cross-section than the openings in the flow direction away from the feed line. The size of the opening cross-section of each opening thus increases in the flow direction of the channel.
  • the second medium to have a higher pressure and / or a higher flow velocity in the region of the feed line, the pressure and / or the flow velocity decreasing in the flow direction of the channel, so that sufficient medium is introduced from the channel into the interior of the channel To carry hull, so that radially surrounding a homogeneous inflow into the shell results.
  • the cross-sectional area of the channel is variable, in particular the cross-sectional area of the supply line decreases in the flow direction of the channel.
  • the decreasing cross-sectional area in turn counteracts the pressure of the second medium which decreases in the flow direction of the channel and / or the decreasing flow velocity of the second medium.
  • the baffle in the invention in the flow direction of the first fluid to the openings in the shell following a baffle disposed in the shell, wherein the baffle is penetrated by the heat exchanger tubes and preferably has a central recess for passing the second medium in the longitudinal direction of the shell.
  • the baffle itself is first ensured that the second medium, hence the cooling liquid, does not flow directly into the interior of the shell after entry into the shell directly both in the radial and in the axial direction and thus the face plate or the pipe collar only insufficient cooling.
  • the second medium in particular also cools the front plate and the heat exchanger tubes at their inflow region of the first medium.
  • the second medium also flows in the axial direction, in particular through a centrally arranged in the baffle opening or recess in the interior of the shell.
  • a front plate is arranged upstream of the openings in the shell in the direction of flow of the first fluid, wherein the end plate is penetrated by the heat exchanger tubes for the passage of the first medium.
  • the face plate is, in particular, a pipe collar or tube sheet.
  • the heat exchanger in particular between the flange and the shell, very particularly preferably between the outside of the shell and the inside of the flange, at least one cohesive connection, in particular a solder connection, most preferably one Braze joint, made.
  • a cohesive connection in particular a solder connection, most preferably one Braze joint
  • the shell, but also the flange of a metallic material for example of a steel material, but preferably also of a light metal material, can be produced.
  • the soldering process itself gives high degrees of freedom in the joining, since even substantially non-weldable, but solderable materials can be joined together in a material-locking and thus fluid-tight manner.
  • the channel is formed by two mutually spaced, circumferential contact surfaces between the flange and the outer side of the shell, wherein the contact surfaces are in particular fluid-tightly thermally joined together.
  • FIG. 1a and b show a heat exchanger according to the invention in a perspective view and a partial sectional view
  • FIG. 2 shows the functional principle of the production of the circumferential channel in a detailed sectional view
  • FIG. 3 shows a heat exchanger according to the invention in a sectional view
  • Figure 4 shows an inventive end plate
  • Figure 5 shows the end of a casing according to the invention.
  • Figure 1 a shows the heat exchanger 1 according to the invention in a perspective view, comprising a shell 2 and a flange 3, which is pushed onto the cover 2 at the end.
  • the flange 3 has an exhaust pipe 4 for supplying a flowing exhaust gas A and a supply line 5 for supplying a second medium 6.
  • the second medium 6 passes through the feed line 5 itself in an externally circumscribed channel 7, which is formed by an outwardly directed curvature 8 on the flange 3 itself.
  • FIG. 1b shows the heat exchanger 1 in a perspective partial sectional view.
  • Figure 2 shows the outer circumferential channel 7 according to the invention in a detail sectional view.
  • the outwardly oriented curvature 8 on the flange 3 forms between the shell 2 and flange 3, the outside circumferential channel 7.
  • the second medium 6 flows outside the shell 2 and then enters via openings 9 in the shell 2 itself in the interior I of the shell 2 a.
  • the medium is then sealed off from the inflow side 10 of the exhaust gas A by a front plate 11.
  • FIG. 3 shows the further course through the heat exchanger 1 according to the invention both of the flowing exhaust gas A and the second medium 6.
  • the second medium 6 collects on the outside circumferential channel 7 initially outside the shell 2 and then flows into the interior of the I Case 2 first in a collection chamber 12 a.
  • the collection chamber 12 is bordered by the front plate 11, wherein the end plate 11 of heat exchanger tubes
  • the collection chamber 12 is also still sealed off in the flow direction of a baffle 14, wherein the heat exchanger tubes 13 pass through the baffle 14.
  • the baffle 14 itself has in particular a central recess 15, through which the second medium 6 from the collection chamber 12 can then flow into the interior I of the shell 2.
  • FIG. 4 shows the guide plate 14 in an end view, with the individual heat exchanger tubes 13 or openings for the heat exchanger tubes 13 being clearly visible, as well as the central recess 15.
  • FIG. 5 shows a perspective view of a casing 2 according to the invention, wherein no flange 3 is pushed onto the casing 2. At the end of the shell 2 are clearly visible, radially encircling, at a distance a to each other, the individual openings 9 for the inflow of the second fluid into the collection chamber shown.
  • the baffle 14 is further arranged in the shell 2.
  • a medium can thus flow through the openings 9 in the collection chamber 12 and from there through the recess 15 into the interior I.

Landscapes

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wärmetauscher (1) für ein Kraftfahrzeug, wobei der Wärmetauscher (1) eine äußere Hülle (2) aufweist und in der äußeren Hülle (2) Wärmetauscherrohre (13) angeordnet sind und in die Hülle (2) stirnseitig ein Medium zuführbar und auf der gegenüberliegenden Seite abführbar ist und ein zweites Medium (6) über die Seitenfläche der Hülle (2) zuführbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass an der Hülle (2) außenseitig zumindest teilweise umlaufend ein Kanal (7) ausgebildet ist, wobei das zweite Medium (6) von einer Zuführleitung in den umlaufenden Kanal (7) führbar ist und über Öffnungen (9) in der Hülle (2) von dem Kanal (7) in den Innenraum (I) der Hülle (2) gelangt.

Description

Wärmetauscher mit Zuführkanal
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wärmetauscher für ein Kraftfahrzeug gemäß den Merkmalen im Oberbegriff von Patentanspruch 1.
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, insbesondere in Kraftfahrzeugen Wärmetauscher einzusetzen, um Bauteile durch ein Medium zu kühlen und/oder einem Medium gezielt Wärme zu entziehen. Beispielsweise ist es somit möglich, das Kühlwasser einer Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeuges gezielt durch ein zweites Medium, insbesondere Luft, zu kühlen. Es ist jedoch auch möglich, Abgas eines Kraftfahrzeuges zu kühlen, um beispielsweise das gekühlte Abgas selbst wiederum dem Verbrennungsprozess zuzuführen.
Aus der DE 434 34 05 A1 ist beispielsweise ein Rohrbündelwärmetauscher bekannt, bei dem an einem Ende ein Medium eingeführt wird, auf einen Rohrboden trifft und an dem Rohrboden sich sammelt und sodann durch in dem Rohrboden befindliche
BESTÄTIGUNGSKOPIE Wärmetauscherrohre geführt wird. Im Kreuzstromprinzip wird dann außenseitig auf einer Hülle des Wärmetauschers ein zweites Medium eingeführt, welches durch den Wärmetauscher strömt und an einer dem Eingang des zweiten Mediums gegenüberliegenden Austrittsseite den Wärmetauscher wieder verlässt.
Nachteilig hierbei ist es, dass insbesondere der Rohrboden im Falle der Verwendung eines solchen Rohrbündelwärmetauschers als Abgaswärmetauscher zumindest lokal den hohen Temperaturen des strömenden Abgases ausgesetzt ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Wärmetauscher für ein Kraftfahrzeug bereitzustellen, der bei mindestens gleichbleibender Kühlleistung eine bessere Resistenz der inneren Bauteilkomponenten gegenüber hohen Temperaruten der durch zuleitenden Medien aufweist.
Die zuvor genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Wärmetauscher für ein Kraftfahrzeug durch die Merkmale im Patentanspruch 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausführungsvarianten der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
Der erfindungsgemäße Wärmetauscher für ein Kraftfahrzeug, wobei der Wärmetauscher eine äußere Hülle aufweist und in der äußeren Hülle Wärmetauscherrohre angeordnet sind und in die Hülle stirnseitig ein erstes Medium abführbar ist und ein zweites Medium über die Seitenfläche der Hülle zuführbar ist, ist dadurch gekennzeichnet, dass an der Hülle außenseitig zumindest teilweise umlaufend ein Kanal ausgebildet ist, wobei das zweite Medium von einer Zuführleitung in den umlaufenden Kanal führbar ist und über Öffnungen in der Hülle von dem Kanal in den Innenraum der Hülle gelangt.
Hierdurch wird es ermöglicht, dass in dem Wärmetauscher selbst, der insbesondere als Rohrbündelwärmetauscher, ganz besonders bevorzugt als Abgaswärmetauscher für ein Kraftfahrzeug ausgebildet ist, eine Stirnplatte bzw. Lochplatte, auch als Rohrboden bekannt, welche von Wärmetauscherrohren durchgriffen ist, besser gekühlt wird. Nunmehr wird ein erstes Medium in den Wärmetauscher stirnseitig zugeführt und auf der gegenüberliegenden Stirnseite wieder abgeführt. Dabei wird das erste Medium durch die Wärmetauscherrohre geführt. Ein zweites Medium wird dabei nach dem Gegenstromprinzip oder aber Kreuzstromprinzip oder aber Gleichstromprinzip von einer Seite der Hülle in den Wärmetauscher eingeführt. Erfindungsgemäß ist jedoch vorgesehen, dass das zweite Medium nicht nur von einer Seite punktuell oder aber von einer Seite durch die Hülle des Wärmetauschers seitlich auf die in der Hülle des Wärmetausches befindliche Wärmetauscherrohre geleitet wird, sondern zunächst über eine Zuführleitung in Richtung der Hülle, ganz besonders bevorzugt in Richtung eines Endes der Hülle geführt wird. Hier ist dann erfindungsgemäß vorgesehen, dass radial zumindest teilweise umlaufend, insbesondere vollständig umlaufend ein Kanal ausgebildet ist, in dem das zweite Medium zunächst strömt und sich dadurch um die Hülle herum verteilt.
In dem Kanal selbst sind Öffnungen vorgesehen, wobei das zweite Medium, welches sich in dem Kanal verteilt hat, durch die Öffnungen in das Innere der Hülle übertreten kann. Hierdurch wird sichergestellt, dass das zweite Medium nicht nur einseitig oder aber punktuell auf die Wärmetauscherrohre trifft, sondern idealerweise allseitig von der Außenseite der Hülle aus insbesondere gleichzeitig und/oder mit annähernd gleicher Temperatur, insbesondere Vorlauftemperatur, in die Hülle des Wärmetauschers eindringt. Der Rohrboden wird somit bei einem im Bereich des Endes der Hülle angeordneten Kanal zunächst gleichermaßen von dem zweiten Medium umströmt, wobei es sich bei dem zweiten Medium insbesondere um ein Kühlmedium, ganz besonders bevorzugt um ein Kühlwasser, handelt.
Das erste Medium, das stirnseitig in den Wärmetauscher eingeführt wird und somit auch auf den Rohrboden trifft, sorgt für eine starke Erwärmung des Rohrbodens. Insbesondere wird hier als erstes Medium ein Abgas durch den Wärmetauscher geführt, welches Abgastemperaturen von mehr als 600°C, zeitweise sogar mehr als 800°C aufweisen kann. Durch die annähernd homogene Kühlung des Rohrbodens mit dem zweiten Medium wird eine zu starke Erwärmung des Rohrbodens vermieden und gleichzeitig, da ein solcher Wärmetauscher oftmals thermisch gefügt, insbesondere verlötet wird, ein einseitiger Verzug aufgrund unterschiedlicher thermischer Ausdehnungen vermieden. Hierdurch steigert sich die Langlebigkeit und Dichtigkeit des Wärmetauschers, wobei durch den besser gekühlten Rohrboden nicht auf kostenintensive und temperaturresistente Werkstoffe zurückgegriffen werden muss. Mithin ist es möglich, den Wärmetauscher bei verbesserter Kühlleistung deutlich kostengünstiger zu produzieren.
Im Rahmen der Erfindung ist insbesondere die Hülle des Wärmetauschers eine äußere Kassette bzw. eine außen umlaufende Mantelfläche. Diese kann selbst wiederum im Querschnitt beispielsweise rund, oval oder aber auch eckig, insbesondere viereckig, ganz besonders bevorzugt rechteckig oder quadratisch, ausgebildet sein.
Die Hülle selbst wird weiterhin bevorzugt im Rahmen der Erfindung außenseitig von einem Flansch übergriffen, wobei der Flansch als Rohrbauteil oder aber auch als Fitting oder aber Winkelstück ausgebildet sein kann, und der Flansch insbesondere eine Zuführleitung bzw. Abführleitung für das erste Medium aufweist. Der erfindungsgemäße, radial umlaufende Kanal ist durch eine radial nach außen orientierte Ausprägung des Flansches ausgebildet, wobei die nach außen orientierte Ausprägung insbesondere als radial nach außen orientierte Wölbung ausgebildet ist. Mithin entsteht ein Hohlraum zwischen einer Innenseite der Wölbung und einer Außenmantelfläche der Hülle selbst. Mit dem Kanal ist dann wiederum an dem Flansch die Zuführleitung für das zweite Medium verbunden. Insbesondere ist im Bereich der Wölbung ein Stutzen ausgebildet und/oder eine Ausnehmung ausgebildet, welches die Zuführleitung für den erfindungsgemäßen Kanal bildet. Hierdurch wird dann das zweite Medium, insbesondere ein Kühlmedium, ganz besonders bevorzugt Kühlwasser, in den Kanal geleitet und verteilt sich radial umlaufend außenseitig um die Hülle. Das Medium tritt dann durch Öffnungen in der Hülle in den Innenraum des Wärmetauschers bzw. in den Innenraum der Hülle ein.
Insbesondere sind die Öffnungen selbst dazu durch zueinander beabstandete Löcher ausgebildet, wobei die Löcher in der Hülle umlaufend im Bereich des Kanals ausgebildet sind. Dabei ist es im Rahmen der Erfindung möglich, beispielsweise die Löcher in gleichen Abständen zueinander radial umlaufend zueinander in der Hülle zu platzieren. Hierbei ist es beispielsweise vorstellbar, dass die Löcher zunächst im Bereich der Zuführleitung zueinander größere Abstände aufweisen, wobei dann mit zunehmender Entfernung in Strömungsrichtung des Kanals von der Zuführleitung die Abstände der Löcher zueinander verringert werden. Hierbei sind beispielsweise zunächst wenige Löcher vorgesehen, so dass im Bereich der Zuführleitung, in dem ein höherer Druck und/oder eine höhere Strömungsgeschwindigkeit des zweiten Mediums herrscht, ein relativ gesehen nur geringer Anteil des zweiten Mediums in die Hülle eintritt und mit zunehmender Entfernung von der Zuführleitung durch Verringerung der Abstände und damit Zunahme der Anzahl der Löcher, bei jedoch gleichzeitig abfallendem Druck und/oder abfallender Strömungsgeschwindigkeit des zweiten Mediums ein hinreichender Teil des zweiten Mediums ebenfalls in den Innenraum der Hülle eintritt.
Weiterhin ist es im Rahmen der Erfindung vorgesehen, dass die Löcher voneinander verschiedene Öffnungsquerschnitte aufweisen, wobei die Öffnungsquerschnitte insbesondere von zueinander beabstandeten Öffnungen von der Zuführleitung her kommend in Strömungsrichtung des Kanals zunehmend ausgebildet sind. Mithin weisen die Öffnungen im Bereich der Zuführleitung einen geringeren Öffnungsquerschnitt auf als die Öffnungen in Strömungsrichtung von der Zuführleitung entfernt. Die Größe des Öffnungsquerschnittes einer jeden Öffnung nimmt somit in Strömungsrichtung des Kanals zu. Hierdurch ist es wiederum möglich, dass das zweite Medium im Bereich der Zuführleitung einen höheren Druck und/oder eine höhere Strömungsgeschwindigkeit aufweist, wobei der Druck und/oder die Strömungsgeschwindigkeit in Strömungsrichtung des Kanals abnimmt, so dass hinreichend Medium von dem Kanal in den Innenraum der Hülle zu befördern, so dass sich radial umlaufend eine homogene Zuströmung in die Hülle ergibt.
Im Rahmen der Erfindung ist es weiterhin möglich, dass die Querschnittsfläche des Kanals veränderlich ausgebildet ist, insbesondere nimmt die Querschnittsfläche von der Zufuhrleitung in Strömungsrichtung des Kanals ab. Durch die abnehmende Querschnittsfläche wird wiederum dem in Strömungsrichtung des Kanals abnehmenden Druck des zweiten Mediums und/oder der abnehmenden Strömungsgeschwindigkeit des zweiten Mediums entgegengewirkt. Durch die Verengung der Querschnittsfläche wird der Druck und/oder die Strömungsgeschwindigkeit des zweiten Mediums in Strömungsrichtung des Kanals annähernd gleichgehalten oder aber gesteigert, so dass durch die Öffnungen in das Innere der Hülle sich ein annähernd homogenes Strömungsbild ergibt. Weiterhin bevorzugt ist im Rahmen der Erfindung in Strömungsrichtung des ersten Fluides auf die Öffnungen in der Hülle folgend ein Leitblech in der Hülle angeordnet, wobei das Leitblech von den Wärmetauscherrohren durchgriffen ist und bevorzugt eine zentrale Ausnehmung zur Durchführung des zweiten Medium in Längsrichtung der Hülle aufweist.
Durch das Leitblech selbst wird zunächst sichergestellt, dass das zweite Medium, mithin die Kühlflüssigkeit, nicht nach Eintritt in die Hülle direkt sowohl in radialer als auch in axialer Richtung in den Innenraum der Hülle fließt bzw. strömt und somit die Stirnplatte bzw. den Rohrbund nur unzureichend kühlt. Es erfolgt somit zuerst eine Stauung des zweiten Mediums im Bereich der Stirnplatte, so dass das zweite Medium insbesondere auch die Stirnplatte und die Wärmetauscherrohre an ihrem Einströmbereich des ersten Mediums kühlt. Sodann strömt das zweite Medium auch in axialer Richtung insbesondere durch eine zentral in dem Leitblech angeordnete Öffnung oder aber Ausnehmung in das Innere der Hülle.
Weiterhin bevorzugt ist in Strömungsrichtung des ersten Fluides durch die Hülle den Öffnungen in der Hülle vorgelagert eine Stirnplatte angeordnet, wobei die Stirnplatte von den Wärmetauscherrohren zur Durchleitung des ersten Mediums durchgriffen ist. Im Rahmen der Erfindung handelt es sich bei der Stirnplatte insbesondere um einen Rohrbund oder aber Rohrboden. Dieser muss zum einen nicht aus einem hoch- temperaturresistenten und somit kostenintensiven Werkstoff ausgebildet werden und kann auch in seiner Wandstärke und somit in dem gesamten Werkstoffeinsatz dünner und geringer ausgebildet werden, wodurch sich die Produktionskosten zur Herstellung durch Materialaufwand reduzieren. Auch ist es im Rahmen der Erfindung möglich, die Koppelung zwischen Wärmetauscherrohr und Stirnplatte im Rohrboden, der beispielsweise verlötet sein kann, mit größeren Toleranzen herzustellen, da thermischer Verzug die Dichtigkeit und somit die Langlebigkeitsaspekte aufgrund der deutlich verbesserten Kühleigenschaft im Bereich der Stirnplatte nicht gefährdet.
Zur Herstellung des erfindungsgemäßen Wärmetauschers ist insbesondere zwischen dem Flansch und der Hülle, ganz besonders bevorzugt zwischen der Außenseite der Hülle und der Innenseite des Flansches, mindestens eine stoffschlüssige Verbindung, insbesondere eine Lotverbindung, ganz besonders bevorzugt eine Hartlotverbindung, hergestellt. Im Rahmen der Erfindung ist es jedoch auch möglich, die beiden Bauteile, Flansch und Hülle, durch eine Schweißverbindung oder aber eine Klebeverbindung miteinander zu koppeln. Insbesondere sind die Hülle, aber auch der Flansch aus einem metallischen Werkstoff, beispielsweise aus einem Stahlwerkstoff, bevorzugt aber auch aus einem Leichtmetallwerkstoff, herstellbar. Der Lötprozess selber gibt dabei hohe Freiheitsgrade beim Fügen, da selbst im Wesentlichen nicht schweißbare, jedoch lötbare Werkstoffe stoffschlüssig und somit fluiddicht miteinander gefügt werden können.
Insbesondere wird der Kanal durch zwei zueinander beabstandete, umlaufende Kontaktflächen zwischen dem Flansch und der Außenseite der Hülle ausgebildet, wobei die Kontaktflächen insbesondere fluiddicht miteinander thermisch gefügt sind. Mithin ist es möglich, zunächst in der Hülle die Löcher in vorgegebener Weise einzubringen, sodann den Flansch über die Hülle zu schieben und im Anschluss daran die fluiddichte thermische Fügung beider Bauteile herzustellen.
Weitere Vorteile, Merkmale, Eigenschaften und Aspekte der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung. Bevorzugte Ausführungsvarianten werden in den schematischen Figuren dargestellt. Diese dienen dem einfachen Verständnis der Erfindung. Es zeigen:
Figur 1a und b einen erfindungsgemäßen Wärmetauscher in einer perspektivischen Ansicht und Teilschnittansicht,
Figur 2 das Funktionsprinzip der Herstellung des umlaufenden Kanals in einer Detailschnittansicht,
Figur 3 einen erfindungsgemäßen Wärmetauscher in einer Schnittansicht,
Figur 4 ein erfindungsgemäßes Stirnblech und
Figur 5 das Ende einer erfindungsgemäßen Hülle.
In den Figuren werden für gleiche oder ähnliche Bauteile dieselben Bezugszeichen verwendet, auch wenn eine wiederholte Beschreibung aus Vereinfachungsgründen entfällt. Figur 1 a zeigt den erfindungsgemäßen Wärmetauscher 1 in einer perspektivischen Ansicht, aufweisend eine Hülle 2 sowie einen Flansch 3, der endseitig auf die Hülle 2 aufgeschoben ist. Der Flansch 3 weist eine Abgasleitung 4 zur Zuführung eines strömenden Abgases A sowie eine Zuführleitung 5 zur Zuführung eines zweiten Mediums 6 auf. Das zweite Medium 6 gelangt dabei über die Zuführleitung 5 selbst in einen außen umlaufenen Kanal 7, der durch eine nach außen gerichtete Wölbung 8 an dem Flansch 3 selber ausgebildet ist.
Erfindungsgemäß weist der außen umlaufende Kanal 7 zur Hülle 2 hin Öffnungen 9 auf, durch die das jeweilige Medium 6 in eine in Figur 3 dargestellte Sammelkammer
12 strömt und von dieser über eine Ausnehmung 15 in den Innenraum des Wärmetauschers strömt.
Figur 1b zeigt den Wärmetauscher 1 in perspektivischer Teilschnittansicht.
Figur 2 zeigt den erfindungsgemäßen außen umlaufenden Kanal 7 in einer Detailschnittansicht. Die nach außen orientierte Wölbung 8 an dem Flansch 3 bildet dabei zwischen Hülle 2 und Flansch 3 den außen umlaufenden Kanal 7 aus. In diesem Kanal 7 strömt das zweite Medium 6 außenseitig um die Hülle 2 und tritt dann über Öffnungen 9 in der Hülle 2 selbst in den Innenraum I der Hülle 2 ein. Das Medium wird dann von der Zuströmseite 10 des Abgases A durch eine Stirnplatte 11 abgeschottet.
Figur 3 zeigt dann den weiteren Verlauf durch den erfindungsgemäßen Wärmetauscher 1 sowohl des strömenden Abgases A als auch des zweiten Mediums 6. Das zweite Medium 6 sammelt sich über den außen umlaufenden Kanal 7 zunächst außenseitig um die Hülle 2 und strömt dann in den Innenraum I der Hülle 2 zunächst in eine Sammelkammer 12 ein. Die Sammelkammer 12 ist zum einen berandet durch die Stirnplatte 11 , wobei die Stirnplatte 11 von Wärmetauscherrohren
13 durchgriffen ist, so dass das strömende Abgas A durch die Wärmetauscherrohre 13 strömen kann. Die Sammelkammer 12 ist jedoch in Strömungsrichtung ferner noch von einem Leitblech 14 abgeschottet, wobei die Wärmetauscherrohre 13 auf das Leitblech 14 durchgreifen. Das Leitblech 14 selbst weist insbesondere eine zentrale Ausnehmung 15 auf, durch die das zweite Medium 6 aus der Sammelkammer 12 dann in den Innenraum I der Hülle 2 strömen kann.
Figur 4 zeigt das Leitblech 14 in einer Stirnansicht, wobei die einzelnen Wärmetauscherrohre 13 bzw. Öffnungen für die Wärmetauscherrohre 13 gut zu erkennen sind, sowie die zentrale Ausnehmung 15.
Figur 5 zeigt eine perspektivische Ansicht auf eine erfindungsgemäße Hülle 2, wobei kein Flansch 3 auf die Hülle 2 aufgeschoben ist. Am Ende der Hülle 2 sind gut zu erkennen, radial umlaufend, in einem Abstand a zueinander die einzelnen Öffnungen 9 zum Einströmen des zweiten Fluides in die Sammelkammer dargestellt.
Ferner ist in Figur 2, in der das Leitblech 14 nicht dargestellt ist, gut zu erkennen, dass jeweils eine stoffschlüssige Koppelung 16 zwischen Hülle 2, Flansch 3 sowie Stirnplatte 11 ausgebildet ist.
In Figur 5 ist ferner das Leitblech 14 in der Hülle 2 angeordnet. Ein Medium kann somit durch die Öffnungen 9 in die Sammelkammer 12 einströmen und von dort durch die Ausnehmung 15 in den Innenraum I einströmen.
Bezuqszeichen:
1 - Wärmetauscher
2- Hülle
3- Flansch
4- Abgasleitung
5- Zuführleitung
6- zweites Medium
7- Kanal
8- Wölbung
9- Öffnung
10- Zuströmseite
11 - Stirnplatte
12- Sammelkammer
13- Wärmetauscherrohr
14- Leitblech
15- Ausnehmung
16- stoffschlüssige Koppelung
A- Abgas
I - Innenraum
a - Abstand

Claims

Patentansprüche
1. Wärmetauscher für ein Kraftfahrzeug, wobei der Wärmetauscher (1) eine äußere Hülle (2) aufweist und in der äußeren Hülle (2) Wärmetauscherrohre (13) angeordnet sind und in die Hülle (2) stirnseitig ein Medium zuführbar und auf der gegenüberliegenden Seite abführbar ist und ein zweites Medium (6) über die Seitenfläche der Hülle (2) zuführbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass an der Hülle (2) außenseitig zumindest teilweise umlaufend ein Kanal (7) ausgebildet ist, wobei das zweite Medium (6) von einer Zuführleitung (5) in den umlaufenden Kanal (7) führbar ist und über Öffnungen (9) in der Hülle (2) von dem Kanal (7) in den Innenraum (I) der Hülle (2) gelangt.
2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (7) durch einen Flansch (3) ausgebildet ist, wobei der Flansch (3) die Hülle (2) außenseitig umgreift und im Bereich des Kanals (7) eine radial nach außen orientierte Ausprägung, insbesondere eine radial nach außen orientierte Wölbung (8), ausgebildet ist.
3. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen (9) zueinander beabstandete Löcher sind, wobei die Löcher in der Hülle (2) umlaufend im Bereich des Kanals (7) ausgebildet sind.
4. Wärmetauscher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Löcher voneinander verschiedene Öffnungsquerschnitte aufweisen, insbesondere sind die Öffnungsquerschnitte von zueinander beabstandeten Löchern von der Zuführleitung (5) her kommend zunehmend ausgebildet.
5. Wärmetauscher nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsfläche des Kanals (7) veränderlich ausgebildet ist, insbesondere nimmt die Querschnittsfläche von der Zuführleitung (5) in Strömungsrichtung des Kanals (7) ab.
6. Wärmetauscher nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Strömungsrichtung des ersten Fluides auf die Öffnungen (9) folgend in der Hülle (2) ein Leitblech (14) angeordnet ist, wobei das Leitblech (14) von den Wärmetauscherrohren (13) durchgriffen ist und bevorzugt eine zentrale Ausnehmung (15) zur Durchführung des zweiten Mediums (6) aufweist.
7. Wärmetauscher nach einem der vorangehenden Ansprüche, d ad u rch g eken nze ich net, dass in Strömungsrichtung des ersten Fluides den Öffnungen (9) vorgelagert eine Stirnplatte (11 ) angeordnet ist, wobei die Stirnplatte (11 ) von den Wärmetauscherrohren (13) zur Durchleitung des ersten Mediums durchgriffen ist.
8. Wärmetauscher nach einem der vorangehenden Ansprüche, d adu rch g eken nze ich net, dass zwischen dem Flansch (3) und der Hülle (2), insbesondere der Außenseite der Hülle (2), eine stoffschlüssige Verbindung, insbesondere eine Lotverbindung, bevorzugt eine Hartlotverbindung, hergestellt ist.
9. Wärmetauscher nach einem der vorangehenden Ansprüche, d ad u rch g eke n nzeich net, dass der Kanal (7) durch zwei zueinander beabstandete umlaufende Kontaktflächen zwischen Flansch (3) und Außenseite der Hülle (2) ausgebildet ist, wobei diese insbesondere fluiddicht miteinander thermisch gefügt sind.
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