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EP1376043A2 - Wärmetauscher mit einem Diffusor - Google Patents

Wärmetauscher mit einem Diffusor Download PDF

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Publication number
EP1376043A2
EP1376043A2 EP03007724A EP03007724A EP1376043A2 EP 1376043 A2 EP1376043 A2 EP 1376043A2 EP 03007724 A EP03007724 A EP 03007724A EP 03007724 A EP03007724 A EP 03007724A EP 1376043 A2 EP1376043 A2 EP 1376043A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
heat exchanger
wall
exchanger tubes
stack
flat
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.)
Granted
Application number
EP03007724A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1376043A3 (de
EP1376043B1 (de
Inventor
Viktor Brost
Stanilaus Lesjak
Hans-Dieter Härtel
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.)
Modine Manufacturing Co
Original Assignee
Modine Manufacturing Co
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 Modine Manufacturing Co filed Critical Modine Manufacturing Co
Priority to US10/610,441 priority Critical patent/US7159650B2/en
Publication of EP1376043A2 publication Critical patent/EP1376043A2/de
Publication of EP1376043A3 publication Critical patent/EP1376043A3/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1376043B1 publication Critical patent/EP1376043B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime 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
    • F28F9/0219—Arrangements for sealing end plates into casing or header box; Header box sub-elements
    • 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
    • F28D9/00—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
    • F28D9/0031—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one heat-exchange medium being formed by paired plates touching each other
    • F28D9/0043—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one heat-exchange medium being formed by paired plates touching each other the plates having openings therein for circulation of at least one heat-exchange medium from one conduit to another
    • 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
    • F28F9/0219—Arrangements for sealing end plates into casing or header box; Header box sub-elements
    • F28F9/0221—Header boxes or end plates formed by stacked elements
    • 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
    • F28D21/00—Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
    • F28D21/0001—Recuperative heat exchangers
    • F28D21/0003—Recuperative heat exchangers the heat being recuperated from exhaust gases
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2235/00—Means for filling gaps between elements, e.g. between conduits within casings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2250/00—Arrangements for modifying the flow of the heat exchange media, e.g. flow guiding means; Particular flow patterns
    • F28F2250/10—Particular pattern of flow of the heat exchange media
    • F28F2250/108—Particular pattern of flow of the heat exchange media with combined cross flow and parallel flow
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2275/00—Fastening; Joining
    • F28F2275/14—Fastening; Joining by using form fitting connection, e.g. with tongue and groove
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F3/00—Plate-like or laminated elements; Assemblies of plate-like or laminated elements
    • F28F3/02—Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations
    • F28F3/025—Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations the means being corrugated, plate-like elements

Definitions

  • the invention relates to a heat exchanger with a diffuser to a medium in insert flat heat exchanger tubes, or with a collecting box to one Take up medium from the flat heat exchanger tubes and forward, wherein the diffuser or the collector box has a wall that extends along the ends of a stack of flat heat exchanger tubes and which is tightly connected to the ends by means of soldering.
  • Such a heat exchanger with a collecting tank is known, for example, from WO 00/75591, but also from a large number of other documents.
  • the wall that extends along the ends of the heat exchanger tubes is undeformed there, i.e. straight through, and the end faces of the flat heat exchanger tubes, which consist of two tube halves, are slit a short distance in the connection area of the tube halves, so as to form a joint, in the wall of the collecting box is used to make the connection by means of soldering. It can be assumed that the tight connection of the wall to the ends of the stack of flat heat exchanger tubes will not be without difficulties, especially since the wall thickness of the heat exchanger tubes is significantly less than 1.0 mm.
  • the heat exchanger which is prefabricated for soldering, can be pre-fixed by means of the collecting box.
  • the prefixing seems to be achievable with the solution from DE 197 22 097 A1, because there the two longitudinal walls of the header tank and the narrow walls of the heat exchanger tubes are deformed in a wave shape so that they correspond to one another.
  • Other documents which show something similar are, for example, EP 775 884 A2 and EP 1 139 052 A2.
  • Other heat exchangers which have the features of the generic term are the so-called plate heat exchangers without housing.
  • EP 0 992 756 A2 is mentioned in particular for this purpose.
  • the difference between the heat exchangers described above and the housing-free plate heat exchangers is that in the former, corrugated fins or the like are arranged between the flat heat exchanger tubes, through which cooling air often flows freely, while in the plate heat exchangers the heat exchanger tubes are formed by means of deformed heat exchanger plates, so that are stacked together so that heat exchanger tubes for different media are directly adjacent to each other.
  • the ends of the stack of heat exchanger tubes open into a tube sheet. At the edge of the tube sheet, the collecting box or the diffuser is attached all around with its wall.
  • the object of the invention is to provide a heat exchanger with a To develop a collection box or a diffuser, the wall of which is tightly sealed Ends of a stack of flat heat exchanger tubes and so should be trained to carry out the soldering process prepared stack can fix.
  • the wall of the header or diffuser extends circumferentially around the entire circumference of the end of the stack of flat heat exchanger tubes and has elevations and / or depressions and / or slots.
  • the ridges and / or slots correspond to protrusions on the periphery of the stack.
  • the depressions correspond to furrows in the circumference of the stack, so that a tight connection between the circumference and the wall of the diffuser is ensured.
  • the surrounding wall also represents a pre-fixation of the stack because it can hold the entire stack together. The expenditure for auxiliary devices can thus be significantly reduced.
  • the circumferential wall of the diffuser or the collecting box can be pushed so far over the end of the stack of flat heat exchanger tubes that there is a sufficiently large connection area between the wall and the tube ends. Thus, high quality solder connections can be expected.
  • Each elevation in the wall is a fold, with each fold receiving a protrusion that is the edge flange of the heat exchanger tubes consisting of two flat tube halves.
  • Each recess in the wall is an internally protruding nose which fills the joint between two heat exchanger tubes, which is a furrow on the circumference of the stack.
  • a furrow should also be understood to mean a paragraph in the scope of the stack.
  • slots can be provided in the wall that are straight are dimensioned so that they take up a protrusion, the edge flange which is made up of two flat tube halves.
  • the ends on the broad sides of the flat heat exchanger tubes lie against one another and are connected, the joints (furrows) being the seams on the edge between two heat exchanger tubes.
  • the joints may also be a distance between the broad sides at the ends of the flat heat exchanger tubes.
  • the wall of the diffuser or the header tank consists of two narrow walls and two wide walls and the wide walls have extensions which extend to the ends of end plates which cover and reinforce the stack of flat heat exchanger tubes. This training is available when the stack height is smaller than the large diameter of the flat heat exchanger tubes, which is useful in a special application for exhaust gas heat exchangers.
  • the extensions could otherwise also be arranged on the narrow walls.
  • the extensions have a gradation and the end plates have tabs at the ends, which are bent after the preassembly of the heat exchanger in order to lie against the extensions and to hold the heat exchanger together.
  • a manufacturing advantage is when the diffuser is a part made by deep drawing. Further features are the subject of the claims. In particular, reference should be made to claims 13 to 16. Independent claim 13 relates to a heat exchanger that has at least one inlet or outlet in its diffuser. A heat exchanger with such a further developed diffuser allows additional simplifications in terms of manufacture and function. It can also be used with advantages where the restrictions on the installation side do not allow the inlets and outlets for the coolant to be fitted in projections of the flat tube halves.
  • the stack consists only of two heat exchanger tubes 2 .
  • the number of heat exchanger tubes 2 depends on the application and is therefore arbitrary.
  • an inner insert 26 is arranged in both heat exchanger tubes 2 in order to generate turbulence in the exhaust gas and thus to achieve an efficient heat exchange.
  • the heat exchanger tubes 2 consist of two flat tube halves 2a and 2b .
  • the flat tube halves 2a and 2b have an edge flange 12 and are connected to one another at this edge flange 12 .
  • the edge flanges 12 form the projections 9 on the circumference of the stack.
  • furrows 10 also occur in the periphery of the stack, which are present exactly in the seam area. Their size depends on the bending radius on the flat tube halves 2a , 2b . A smaller bending radius leads to smaller furrows 10 , although smaller bending radii are more difficult to implement. If the furrows 10 are too large, problems arise in soldering the wall 3 close to the circumference of the stack. For this reason, 3 recesses 8 (inwardly projecting lugs 13 ) are provided in the wall, which extend into the furrows 10 and essentially fill them and thus permit a tight solder connection at these points.
  • edge flanges 12 projecting outwards, which are projections 9 on the circumference of the stack, but are edge flanges 12 projecting into the tube interior, then such well-known edge flanges, not shown, lead also for the formation of furrows 10 in the circumference of the stack.
  • Such furrows 10 can also be closed by means of a corresponding arrangement of depressions 8 (lugs 13 ) in the wall 3 .
  • cross-sectionally U-shaped flat tube halves 2a , 2b could be stacked one inside the other so that the legs of one flat tube half point upward and the legs of the other flat tube half point downward, as is shown and described in DE 39 04 250 C2, for example.
  • shoulders are formed on the circumference of the stack, which should be regarded as equivalent to the furrows 10 and which can also be compensated for by means of corresponding depressions 8 in the wall 3 .
  • elevations 6 are provided in the wall, which are designed as folds 11 .
  • the dimensions of the folds 11 are such that one of the above-mentioned projections 9 or one of the outwardly projecting edge flanges 12 fits into a fold 11 and a tight solder connection is thus also created there.
  • the folds 11 can also be designed as slots 7 in the wall 3 , which represent an equivalent solution. The depth of the slots 7 in the wall 3 depends on how far the diffuser 1 is pushed onto the ends 4 of the heat exchanger tubes 2 . In Fig. 1, a slot 7 was indicated at the bottom right. The slot 7 does not have to represent an elevation 6 , as shown, because it could also be present in the undeformed wall 3 and fulfill its purpose.
  • slots 7 and folds 11 could also be combined as desired.
  • the slots 7 or elevations 6 or depressions 8 are located in the wall sections of the diffuser 1 , which extend along the two narrow sides of the flat heat exchanger tubes 2 .
  • the broad sides of the diffuser 1 just like the broad sides of the flat heat exchanger tubes 2 , are flat.
  • there is a distance between the broad sides 15 of the flat heat exchanger tubes 2 as was indicated by reference number 27 in FIG. 2 for better understanding.
  • the depressions 8 in the wall 3 are unnecessary because there are no furrows 10 to be sealed on the circumference.
  • the distance 27 mentioned corresponds approximately to the height of the flow channels for the cooling liquid, not shown here, which are also closed in terms of flow technology by the deformation of the flat tube halves 2a , 2b, not shown here.
  • FIG. 7 shows a side view
  • FIG. 8 shows the top view of a further developed heat exchanger.
  • This heat exchanger also has a diffuser 1 , in which the wall 3 extends all around the entire circumference of the end of the stack and has elevations 6 , which correspond to projections 9 on the circumference of the stack, in order to provide a tight connection between the circumference and the wall 3 to ensure, wherein the wall 3 has at least one inlet 20 or an outlet 21 for the other medium, which flows between the heat exchanger tubes 2 .
  • the wall 3 can - but need not necessarily - also have depressions 8 which correspond to furrows 10 on the circumference of the stack. This will depend on how sharp the flat tube halves 2a , 2b are formed and whether the furrows 10 formed are so large that they have to be filled with the depressions 8 in order to be able to carry out a quality-appropriate soldering process.
  • the wall 3 has a circumferential extension 30 , in which the inlet 20 or the outlet 21 is arranged.
  • the two flat tube halves 2a , 2b forming the heat exchanger tubes 2 are deformed in the region of the peripheral extension 30 in such a way that a hydraulic connection is created between the peripheral extension 30 and the flow channels 40 arranged between the heat exchanger tubes 2 for the other medium.
  • the inlet 20 or the outlet 21 can be arranged at any desired points on the circumference in the circumference widening 30 , which gives rise to design freedoms in this regard which must be attributed to the invention.
  • the inlet 20 or the outlet 21 have a round cross section and a drawn edge 80 (FIG. 9) around the opening in order to be able to attach a suitable connecting piece there.
  • Other designs have an approximately rectangular cross-sectional shape.
  • the present invention is also to be understood in such a way that the heat exchanger can be flowed through in a U-shape, the inlet 20 and the outlet 21 being located on one and the same diffuser 1 .
  • the depressions 8 already mentioned are only provided on one side of the circumferential extension 30 , specifically on the side which points to the inlet or the outlet for the exhaust gas.
  • a locally sharp-edged formation 50 on the flat tube halves 2a , 2b has provided for a very small furrow 10 , as a result of which a depression 8 on this side of the circumferential extension 30 is unnecessary.
  • the sharp-edged design 50 also allows the bending edges, designated 70 , in the wall 3 of the diffuser 1 to be soldered to the outer edges of the stack of heat exchanger tubes 2 in accordance with the quality. The problem areas from the point of view of the soldering technique are often located in these edges 70 .
  • the elevations 6 in the wall 3 are interrupted in the area of the circumferential extension 30 . What is to be understood by this can be clearly seen from FIG. 7 but also from FIGS. 9 and 11-13, where the elevations 6 are provided on the left and right of the circumferential extension 30 , in each case by the edge flange 11 of the two Flat tube halves 2a , 2b formed projection 9 .
  • FIG. 10 shows that the two flat tube halves 2a , 2b in the end region, which is surrounded by the wall 3 of the diffuser 1 , are shaped such that a hydraulic connection to the flow channels 40 between the heat exchanger tubes 2 is achieved.
  • the flow channels 40 have been realized by the special shaping of the flat tube halves 2a , 2b , as can also be seen from FIG.
  • FIG. 14 which shows a section in the longitudinal direction of the heat exchanger in the region of the diffuser 1 .
  • a relatively wide transverse bead 60 in the flat tube halves offers excellent soldered connections, both between the inside of the wall 3 of the diffuser 1 and between the individual flat tube halves 2a and 2b .
  • the remaining figures speak for themselves, which is why further explanations seem to be unnecessary.
  • 11-13 show the diffuser 1 as an individual part from different angles.
  • FIG. 15, which also shows a longitudinal section through the heat exchanger in the area of the diffuser 1 differs from FIG. 14 in that only a single heat exchanger tube 2 has been drawn in, as a result of which other details are better visible.
  • the number of heat exchanger tubes 2 depends on the application, as already mentioned in the introduction. Restrictions are not discernible, and if they were, they were not intended.

Landscapes

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher mit einem Diffusor (1), um ein Medium in flache Wärmetauscherrohre (2) hinein zu führen, oder mit einem Sammelkasten, um ein Medium aus den flachen Wärmetauscherrohren (2) heraus aufzunehmen und weiterzuleiten, wobei der Diffusor (1) eine Wand (3) aufweist, die sich entlang der Enden (4) eines Stapels von flachen Wärmetauscherrohren (2) erstreckt und deren Innenseite (5) mit den Enden (4) mittels Löten dicht verbunden ist. Mit der Erfindung wird eine dichte Lötverbindung zwischen der Wand und den Enden der Wärmetauscherrohre (2) sowie eine Fixierung des Stapels dadurch geschaffen, dass sich erfindungsgemäß die Wand (3) umlaufend um den gesamten Umfang des Endes des Stapels erstreckt und Vertiefungen (8) und/oder Schlitze (7) und/oder Erhöhungen (6) aufweist, dass die Vertiefungen (8) mit Furchen (10) im Umfang des Stapels korrespondieren, und dass die Erhöhungen (6) und/oder Schlitze (7) mit Vorsprüngen (9) am Umfang des Stapels korrespondieren, um eine dichte Verbindung zwischen dem Umfang und der Wand (3) zu gewährleisten.

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher mit einem Diffusor, um ein Medium in flache Wärmetauscherrohre hineinzuführen, oder mit einem Sammelkasten, um ein Medium aus den flachen Wärmetauscherrohren heraus aufzunehmen und weiterzuleiten, wobei der Diffusor oder der Sammelkasten eine Wand aufweist, die sich entlang der Enden eines Stapels von flachen Wärmetauscherrohren erstreckt und die mit den Enden mittels Löten dicht verbunden ist.
Beispielsweise aus der WO 00/75591, aber auch aus einer Vielzahl weiterer Dokumente, ist ein solcher Wärmetauscher mit einem Sammelkasten bekannt. Die Wand, die sich entlang der Enden der Wärmetauscherrohre erstreckt, ist dort unverformt, dass heißt gerade durchlaufend, und die Stirnseiten der aus zwei Rohrhälften bestehenden flachen Wärmetauscherrohre sind im Verbindungsbereich der Rohrhälften ein kurzes Stück weit aufgeschlitzt, um so eine Fuge zu bilden, in der die Wand des Sammelkastens eingesetzt wird, um dort die Verbindung mittels Löten herzustellen. Man darf vermuten, dass die dichte Verbindung der Wand mit den Enden des Stapels flacher Wärmetauscherrohre nicht ohne Schwierigkeiten sein wird, zumal die Wanddicke der Wärmetauscherrohre wesentlich unter 1,0 mm liegt. Ferner scheint es dort nicht vorgesehen zu sein, dass mittels des Sammelkastens eine Vorfixierung des zum Löten vorgefertigten Wärmetauschers möglich ist. Die Vorfixierung scheint hingegen mit der Lösung aus der DE 197 22 097 A1 erreichbar zu sein, weil dort die beiden Längswände des Sammelkastens und die Schmalwände der Wärmetauscherrohre wellenförmig verformt sind, so dass sie miteinander korrespondieren. Jedoch ist es bei dem dort gezeigten Wärmetauscher schwierig, eine dichte Verbindung der Wand des Sammelkastens an den Stoßbereichen zwischen den Wärmetauscherrohren zu realisieren.
Weitere Dokumente die etwas Ähnliches zeigen sind beispielsweise das EP 775 884 A2 und das EP 1 139 052 A2.
Andere Wärmetauscher, die die Merkmale des Oberbegriffs aufweisen, sind die sogenannten gehäuselosen Plattenwärmetauscher. Hierzu wird insbesondere das EP 0 992 756 A2 genannt. Der Unterschied zwischen den oben beschriebenen Wärmetauschern und den gehäuselosen Plattenwärmetauschern besteht darin, dass bei den Erstgenannten zwischen den flachen Wärmetauscherrohren Wellrippen oder dergleichen angeordnet sind, durch die oftmals Kühlluft frei hindurch strömt, während bei den Plattenwärmetauschern die Wärmetauscherrohre mittels verformter Wärmetauscherplatten gebildet werden, die so zusammen gestapelt sind, dass Wärmetauscherrohre für unterschiedliche Medien unmittelbar aneinander angrenzen. In dem zuletzt genannten Dokument münden die Enden des Stapels der Wärmetauscherrohre in einem Rohrboden. Am Rand der Rohrbodens ist der Sammelkasten oder der Diffusor mit seiner Wand umlaufend befestigt.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Wärmetauscher mit einem Sammelkasten oder einem Diffusor zu entwickeln, dessen Wand sich dicht mit den Enden eines Stapels flacher Wärmetauscherrohre verbinden lässt und der so ausgebildet sein soll, dass er den für die Durchführung des Lötprozesses vorbereiteten Stapel fixieren kann.
Die erfindungsgemäßen Lösungen sind Gegenstand des Anspruchs 1 oder des Anspruchs 13.
Die Wand des Sammelkastens oder Diffusors erstreckt sich umlaufend um den gesamten Umfang des Endes des Stapels flacher Wärmetauscherrohre und weist Erhöhungen und/oder Vertiefungen und/oder Schlitze auf. Die Erhöhungen und/oder Schlitze korrespondieren mit Vorsprüngen am Umfang des Stapels. Die Vertiefungen korrespondieren mit Furchen im Umfang des Stapels, so dass eine dichte Verbindung zwischen dem Umfang und der Wand des Diffusors gewährleistet ist.
Die umlaufende Wand stellt zugleich eine Vorfixierung des Stapels dar, weil sie den gesamten Stapel zusammenhalten kann. Somit kann der Aufwand für Hilfsvorrichtungen deutlich gesenkt werden. Die umlaufende Wand des Diffusors oder des Sammelkastens kann so weit über das Ende des Stapels aus flachen Wärmetauscherrohren geschoben werden, dass eine ausreichend große Verbindungsfläche zwischen der Wand und den Rohrenden gegeben ist. Somit können qualitativ hochwertige Lötverbindungen erwartet werden.
Jede Erhöhung in der Wand ist eine Falte, wobei jede Falte in sich einen Vorsprung aufnimmt, der der Randflansch der aus zwei Flachrohrhälften bestehenden Wärmetauscherrohre ist.
Jede Vertiefung in der Wand ist eine umformtechnisch hergestellte nach innen ragende Nase, welche die eine Furche am Umfang des Stapels darstellende Fuge zwischen zwei Wärmetauscherrohren ausfüllt. Unter einer Furche soll jedoch auch ein Absatz im Umfang des Stapels verstanden werden.
Als Alternative zur Falte können Schlitze in der Wand vorgesehen sein, die gerade so dimensioniert sind, dass sie einen Vorsprung aufnehmen, der der Randflansch der aus zwei Flachrohrhälften bestehenden Wärmetauscherrohre ist.
Die Enden an den Breitseiten der flachen Wärmetauscherrohre liegen aneinander an und sind verbunden, wobei die Fugen (Furchen) die randseitigen Nähte zwischen zwei Wärmetauscherrohren sind.
Alternativ kann aber auch zwischen den Breitseiten an den Enden der flachen Wärmetauscherrohre ein Abstand vorhanden sein.
Insbesondere hinsichtlich der Vorfixierung ist weiter von Vorteil, wenn die Wand des Diffusors oder des Sammelkastens aus zwei Schmalwänden und zwei Breitwänden besteht und die Breitwände Verlängerungen aufweisen, die bis über die Enden von Abschlussplatten reichen, welche den Stapel von flachen Wärmetauscherrohren abdecken und verstärken. Diese Ausbildung ist vorhanden, wenn die Stapelhöhe kleiner ist als der große Durchmesser der flachen Wärmetauscherrohre, was in einem speziellen Anwendungsfall bei Abgaswärmetauschern sinnvoll ist. Je nach Abmessung der Wärmetauscherrohre und der Stapelhöhe könnten ansonsten die Verlängerungen auch an den Schmalwänden angeordnet sein.
Die Verlängerungen weisen eine Abstufung auf und die Abschlussplatten weisen an den Enden Laschen auf, die nach der Vormontage des Wärmetauschers umgebogen werden, um an den Verlängerungen anzuliegen und den Wärmetauscher zusammen zu halten.
Ein fertigungstechnischer Vorteil ist, wenn der Diffusor ein mittels Tiefziehen hergestelltes Teil ist.
Weitere Merkmale sind Gegenstand der Ansprüche.
Insbesondere ist auf die Ansprüche 13 bis 16 hinzuweisen. Der unabhängige Anspruch 13 bezieht sich auf einen Wärmetauscher, der in seinem Diffusor wenigsten einen Ein - oder Auslass aufweist. Ein Wärmetauscher mit einem derart weitergebildeten Diffusor gestattet zusätzliche Vereinfachungen hinsichtlich der Herstellbarkeit und der Funktion. Er ist auch besonders dort mit Vorteilen einsetzbar, wo die einbauseitigen Restriktionen die Anbringung der Ein - und Auslässe für das Kühlmittel in Vorsprüngen der Flachrohrhälften nicht zulassen.
Die Erfindung wird nachfolgend in je einem Ausführungsbeispiel anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Die Figuren zeigen Folgendes:
Fig. 1
Schnitt l - l aus Fig. 3;
Fig. 2
perspektivische Ansicht des Wärmetauschers mit anzusetzenden Diffusoren;
Fig. 3
perspektivische Ansicht des Wärmetauschers mit angesetzten Diffusoren;
Fig. 4 und Fig. 5
Draufsichten auf einen Diffusor;
Fig. 6
perspektivische Ansicht auf einen Diffusor;
Die Fig. 7 bis 15 zeigen eine weitere erfinderische Gestaltung des Wärmetauschers mit einem Diffusor in mehreren perspektivischen Ansichten.
Im Ausführungsbeispiel ist ein aus einem Plattenstapel bestehender gehäuseloser Wärmetauscher gezeigt, dessen Platten wie im EP 0 992 756 A2 beschrieben ist, verformt und aufeinander gestapelt sind, wobei die Platten flache Wärmetauscherrohre 2 bilden. Bezüglich weiterer Einzelheiten dieser Bauweise wird auf das EP verwiesen, das an dieser Stelle als umfassend beschrieben gelten soll.
Es handelt sich um einen mittels Kühlflüssigkeit gekühlten Abgaswärmetauscher, der in nicht gezeigter Weise in das Abgasrückführungssystem eines Kraftfahrzeuges eingebunden ist. Mit den gleichen Vorteilen ist der Wärmetauscher als mittels Kühlflüssigkeit gekühlter Ladeluftkühler zu verwenden.
Gemäß den Fig. 2 und 3 besitzt der Abgaswärmetauscher Wärmetauscherrohre 2, die an den einen Enden 4 einen Diffusor 1 und an den anderen Enden 4 einen Sammelkasten 1 aufweisen. In Fig. 3 sollen die eingezeichneten Pfeile anzeigen, dass das Abgas oben in den Abgaswärmetauscher über den Diffusor 1 einströmt und unten über den Sammelkasten 1 ausströmt. Über den Einlassstutzen 20 strömt Kühlflüssigkeit in den Abgaswärmetauscher, die denselben nach erfolgtem Wärmeaustausch mit dem Abgas über den Auslassstutzen 21 wieder verlässt. Auf der gezeigten Oberseite und auf der nicht zu sehenden Unterseite des Abgaswärmetauschers ist jeweils eine Abschlussplatte 22 angeordnet worden, die den Abgaswärmetauscher verstärkt. An den gegenüberliegenden Enden der Abschlussplatten 22 sind beidseitig Laschen 23 hochgestellt worden. An den zwei gegenüberliegenden Breitseiten der Wand 3 des Diffusors 1 sind Verlängerungen 24 vorgesehen, die eine Abstufung 25 aufweisen. (Fig. 6) Wie die Fig. 2 zeigt, ragen die Verlängerungen 24 bis über die Enden der Abschlussplatte 22. Die Laschen 23 werden anschließend auf die Verlängerung 24 heruntergebogen, so dass der Stapel zum Löten vorfixiert ist.
In den gezeigten Ausführungsbeispielen besteht der Stapel lediglich aus zwei Wärmetauscherrohren 2. Die Anzahl der Wärmetauscherrohre 2 ist vom Anwendungsafall abhängig und insofern beliebig. Wie die Fig. 1 zeigt, ist in beiden Wärmetauscherrohren 2 ein Inneneinsatz 26 angeordnet, um Turbulenzen im Abgas zu erzeugen und damit einen effizienten Wärmeaustausch zu erreichen. Die Wärmetauscherrohre 2 bestehen aus zwei Flachrohrhälften 2a und 2b. Die Flachrohrhälften 2a und 2b besitzen einen Randflansch 12 und werden miteinander an diesem Randflansch 12 verbunden. Die Randflansche 12 bilden die Vorsprünge 9 am Umfang des Stapels. Da in diesem Ausführungsbeispiel die Wärmetauscherrohre 2 auch an ihren Breitseiten 15 miteinander verbunden sind, stellen sich im Umfang des Stapels auch Furchen 10 ein, die genau im Nahtbereich vorhanden sind. Ihre Größe hängt vom Biegeradius an den Flachrohrhälften 2a, 2b ab. Ein kleinerer Biegeradius führt zu kleineren Furchen 10, wobei jedoch kleinere Biegeradien schwieriger zu realisieren sind. Sind die Furchen 10 zu groß, stellen sich Probleme ein, die Wand 3 dicht am Umfang des Stapels zu verlöten. Deshalb sind in der Wand 3 Vertiefungen 8 (nach innen ragende Nasen 13) vorgesehen, die sich in die Furchen 10 hinein erstrecken und diese im wesentlichen ausfüllen und somit an diesen Stellen eine dichte Lötverbindung erlauben. Falls die Flachrohrhälften 2a, 2b nicht, wie gezeigt und beschrieben wurde, nach außen ragende Randflansche 12 aufweisen, die sich als Vorsprünge 9 am Umfang des Stapels darstellen, sondern in das Rohrinnere hineinragende Randflansche 12 sind, so führen solche nicht gezeigten aber gut bekannten Randflansche ebenfalls zur Ausbildung von Furchen 10 im Umfang des Stapels. Solche nicht gezeigten Furchen 10 können ebenfalls mittels entsprechender Anordnung von Vertiefungen 8 (Nasen 13) in der Wand 3 verschlossen werden. Darüber hinaus könnten im Querschnitt u-förmige Flachrohrhälften 2a, 2b so ineinander gestapelt sein, dass die Schenkel der einen Flachrohrhälfte nach oben und die Schenkel der anderen Flachrohrhälfte nach unten weisen, wie es beispielsweise in der DE 39 04 250 C2 gezeigt und beschrieben ist. Bei einer solchen Art der Verbindung entstehen am Umfang des Stapels Absätze, die als äquivalent mit den Furchen 10 anzusehen sind und die ebenfalls mittels entsprechender Vertiefungen 8 in der Wand 3 ausgeglichen werden können.
Außerdem sind in der Wand Erhöhungen 6 vorgesehen, die als Falten 11 ausgebildet sind. Die Falten 11 sind in ihrer Abmessung so ausgeführt, dass jeweils einer der erwähnten Vorsprünge 9 bzw. einer der nach außen ragenden Randflansche 12 in eine Falte 11 hineinpasst und somit auch dort eine dichte Lötverbindung geschaffen wird. Die Falten 11 können auch als Schlitze 7 in der Wand 3 ausgeführt sein, die eine äquivalente Lösungsmöglichkeit darstellen. Die Tiefe der Schlitze 7 in der Wand 3 hängt davon ab, wie weit der Diffusor 1 auf die Enden 4 der Wärmetauscherrohre 2 aufgeschoben wird. In Fig. 1 wurde rechts unten ein Schlitz 7 angedeutet. Der Schlitz 7 muss nicht, wie gezeigt, eine Erhöhung 6 darstellen, denn er könnte auch in der unverformten Wand 3 vorhanden sein und seinen Zweck erfüllen. Selbstverständlich könnten Schlitze 7 und Falten 11 auch beliebig kombiniert werden. Die Schlitze 7 oder Erhöhungen 6 oder Vertiefungen 8 befinden sich in den Wandabschnitten des Diffusors 1, die sich entlang der beiden Schmalseiten der flachen Wärmetauscherrohre 2 erstrecken. Die Breitseiten des Diffusors 1 sind, genau wie die Breitseiten der flachen Wärmetauscherohre 2, eben ausgebildet.
In einem anderen Ausführungsbeispiel ist bei einem Plattenwärmetauscher zwischen den Breitseiten 15 der flachen Wärmetauscherrohre 2 ein Abstand vorhanden, wie er mit dem Bezugszeichen 27 in der Fig. 2 zum besseren Verständnis angedeutet wurde. Dort erübrigen sich die Vertiefungen 8 in der Wand 3, weil keine abzuschließenden Furchen 10 am Umfang vorhanden sind. Der erwähnte Abstand 27 entspricht etwa der Höhe der hier nicht gezeigten Strömungskanäle für die Kühlflüssigkeit, die strömungstechnisch ebenfalls durch die hier nicht gezeigte Verformung der Flachrohrhälften 2a, 2b in sich abgeschlossen sind. Hierzu wird erneut auf das EP 0 992 756 A2 verwiesen.
Die Fig. 7 zeigt eine Seitenansicht und die Fig. 8 die Draufsicht auf einen weitergebildeten Wärmetauscher. Dieser Wärmetauscher besitzt ebenfalls einen Diffusor 1, bei dem sich die Wand 3 umlaufend um den gesamten Umfang des Endes des Stapels erstreckt und Erhöhungen 6 aufweist, die mit Vorsprüngen 9 am Umfang des Stapels korrespondieren, um eine dichte Verbindung zwischen dem Umfang und der Wand 3 zu gewährleisten, wobei die Wand 3 wenigstens einen Einlass 20 oder einen Auslass 21 für das andere Medium, welches zwischen den Wärmetauscherrohren 2 strömt, besitzt.
Die Wand 3 kann - aber muss nicht zwangsläufig - auch Vertiefungen 8 aufweisen, die mit Furchen 10 am Umfang des Stapels korrespondieren. Dies wird davon abhängen, wie scharfkantig die Flachrohrhälften 2a, 2b umgeformt sind und ob die gebildeten Furchen 10 so groß sind, dass sie mit den Vertiefungen 8 ausgefüllt werden müssen, um einen qualitätsgerechten Lötprozess durchführen zu können. Die Wand 3 weist eine Umfangserweiterung 30 auf, in der der Einlass 20 oder der Auslass 21 angeordnet ist. Die die Wärmetauscherrohre 2 bildenden zwei Flachrohrhälften 2a, 2b sind im Bereich der Umfangserweiterung 30 so verformt, dass eine hydraulische Verbindung zwischen der Umfangserweiterung 30 und den zwischen den Wärmetauscherrohren 2 angeordneten Strömungskanälen 40 für das andere Medium geschaffen ist. Bei diesem anderen Medium handelt es sich um die Kühlflüssigkeit. Der Einlass 20 oder der Auslass 21 können an beliebigen Stellen des Umfangs in der Umfangserweiterung 30 angeordnet werden, wodurch diesbezüglich konstruktive Freiheiten entstehen, die der Erfindung zugerechnet werden müssen. Der Einlass 20 oder der Auslass 21 haben in den gezeigten Ausführungen einen runden Querschnitt und einen gezogenen Rand 80 (Fig. 9) um die Öffnung herum, um dort einen geeigneten Stutzen ansetzen zu können. Andere Ausführungen haben eine etwa rechteckige Querschnittsform. Die vorliegende Erfindung soll durchaus auch so verstanden werden, dass der Wärmetauscher u - förmig durchströmt werden kann, wobei sich der Einlass 20 und der Auslass 21 an ein und demselben Diffusor 1 befinden.
In den gezeigten Ausführungen sind die bereits genannten Vertiefungen 8 lediglich an einer Seite der Umfangserweiterung 30 vorgesehen, und zwar an der Seite, die zum Einlass bzw. zum Auslass für das Abgas weist. Bezüglich der entgegengesetzten Seite ist aus der Fig. 10 zu erkennen, dass man dort durch eine örtlich scharfkantige Ausbildung 50 an den Flachrohrhälften 2a, 2b für eine sehr kleine Furche 10 gesorgt hat, wodurch sich eine Vertiefung 8 auf dieser Seite der Umfangserweiterung 30 erübrigt. Die scharfkantige Ausbildung 50 erlaubt außerdem, dass die mit 70 bezeichneten Biegekanten in der Wand 3 des Diffusors 1 qualitätsgerecht mit den Außenkanten des Stapels aus Wärmetauscherrohren 2 zu verlöten sind. In diesen Kanten 70 liegen oftmals die Problemzonen aus der Sicht der Löttechnik.
Die Erhöhungen 6 in der Wand 3 sind im Bereich der Umfangserweiterung 30 unterbrochen. Was darunter zu verstehen ist, ist deutlich aus der Fig. 7 aber auch aus den Fig. 9 und 11 - 13 zu erkennen, wo die Erhöhungen 6 links und rechts von der Umfangserweiterung 30 vorgesehen sind, um jeweils den durch den Randflansch 11 der zwei Flachrohrhälften 2a, 2b gebildeten Vorsprung 9 aufzunehmen.
Einzugehen ist insbesondere nochmals auf die Fig. 10, weil diese weitergebildete Ausbildung des Diffusors 1 eine andere Konfiguration der Flachrohrhälften 2a, 2b erfordert oder gestattet, die aus dieser Figur 10 zu erkennen ist, die einen Blick in das Innere des Wärmetauschers bietet, weil dort - im Unterschied zur Fig. 9 - der Diffusor 1 weggelassen wurde. Die Fig. 10 zeigt, dass die zwei Flachrohrhälften 2a, 2b in dem Endbereich, der von der Wand 3 des Diffusors 1 umfasst ist, so umgeformt sind, dass eine hydraulische Verbindung zu den Strömungskanälen 40 zwischen den Wärmetauscherrohren 2 erreicht ist. Die Strömungskanäle 40 sind durch die spezielle Umformung der Flachrohrhälften 2a, 2b realisiert worden, wie auch aus der Fig. 14 zu sehen ist, die einen Schnitt in Längsrichtung des Wärmetauschers im Bereich des Diffusors 1 zeigt. Eine relativ breite Quersicke 60 in den Flachrohrhälften bietet exzellente Lötverbindungen, und zwar sowohl zwischen der Innenseite der Wand 3 des Diffusors 1 als auch zwischen den einzelnen Flachrohrhälften 2a und 2b. Die restlichen Abbildungen sprechen für sich, weshalb weitere Erläuterungen entbehrlich zu sein scheinen. Die Fig. 11 - 13 zeigen den Diffusor 1 als Einzelteil aus unterschiedlichen Blickwinkeln. Die Fig. 15, die auch einen Längsschnitt durch den Wärmetauscher im Bereich des Diffusors 1 zeigt, unterscheidet sich von der Fig. 14 dadurch, dass lediglich ein einziges Wärmetauscherrohr 2 eingezeichnet wurde, wodurch andere Details besser sichtbar sind. Die Anzahl der Wärmetauscherrohre 2 ist abhängig vom Einsatzfall, wie einleitend bereits erwähnt wurde. Beschränkungen sind nicht erkennbar und wenn doch, so sind sie jedenfalls nicht beabsichtigt gewesen.

Claims (16)

  1. Wärmetauscher mit einem Diffusor (1), um ein Medium in flache Wärmetauscherrohre (2) hineinzuführen, oder mit einem Sammelkasten, um ein Medium aus den flachen Wärmetauscherrohren (2) heraus aufzunehmen und weiterzuleiten, wobei der Diffusor (1) eine Wand (3) aufweist, die sich entlang der Enden (4) eines Stapels von flachen Wärmetauscherrohren (2) erstreckt und deren Innenseite (5) mit den Enden (4) mittels Löten dicht verbunden ist,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    sich die Wand (3) umlaufend um den gesamten Umfang des Endes des Stapels erstreckt und Vertiefungen (8) und/oder Schlitze (7) und/oder Erhöhungen (6) aufweist, dass die Vertiefungen (8) mit Furchen (10) im Umfang des Stapels korrespondieren, und dass die Erhöhungen (6) und/oder Schlitze (7) mit Vorsprüngen (9) am Umfang des Stapels korrespondieren, um eine dichte Verbindung zwischen dem Umfang und der Wand (3) zu gewährleisten.
  2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede Erhöhung (6) in der Wand (3) eine Falte (11) ist, wobei jede Falte (11) in sich einen Vorsprung (9) aufnimmt, der der Randflansch (12) der aus zwei Flachrohrhälften (2a, 2b) bestehenden Wärmetauscherrohre (2) ist.
  3. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede Vertiefung (8) in der Wand (3) eine umformtechnisch hergestellte nach innen ragende Nase (13) ist, die die eine Furche (10) am Umfang des Stapels darstellende Fuge zwischen zwei Wärmetauscherrohren (2) ausfüllt.
  4. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Schlitz (14) in der Wand (3) gerade so dimensioniert ist, dass er einen Vorsprung (9) aufnimmt, der der Randflansch (12) der aus zwei Flachrohrhälften (2a, 2b) bestehenden Wärmetauscherrohre (2) ist.
  5. Wärmetauscher nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Enden (4) an den Breitseiten (15) der flachen Wärmetauscherrohre (2) aneinander anliegen und zu verbinden sind, wobei die Fugen (10) (Furchen) die randseitigen Nähte zwischen zwei Wärmetauscherrohren (2) sind.
  6. Wärmetauscher nach den vorstehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhöhungen (6) und/oder Vertiefungen (8) und / oder Schlitze (7) in den Wandabschnitten der Wand (3) angeordnet sind, die sich entlang der Schmalseiten der flachen Wärmetauscherrohre (2) erstrecken.
  7. Wärmetauscher nach den Ansprüchen 1 bis 4 oder 6, dadurch gekennzeichnet; dass zwischen den Breitseiten (15) an den Enden (4) der flachen Wärmetauscherrohre (2) ein Abstand (27) vorhanden ist.
  8. Wärmetauscher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wand (3) des Diffusors (1) oder des Sammelkastens zwei Schmalwände und zwei Breitwände aufweist, dass vorzugsweise die Breitwände Verlängerungen (24) besitzen, die bis über die Enden von Abschlussplatten (22) reichen, welche den Stapel von flachen Wärmetauscherrohren (2) abdecken und verstärken.
  9. Wärmetauscher nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Verlängerungen (24) eine Abstufung (25) aufweisen.
  10. Wärmetauscher nach den Ansprüchen 8 und 9 , dadurch gekennzeichnet, dass die Abschlussplatten (22) an den Enden Laschen (23) aufweisen, die nach der Vormontage des Wärmetauschers umgebogen werden, um an den Verlängerungen (24) anzuliegen.
  11. Wärmetauscher nach den vorstehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass der Diffusor (1) ein mittels Tiefziehen hergestelltes Teil ist.
  12. Wärmetauscher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er als mittels Flüssigkeit gekühlter Abgaswärmetauscher in Abgasrückführungsanlagen von Kraftfahrzeugen oder als Ladeluftkühler verwendet wird.
  13. Wärmetauscher mit einem Diffusor (1), um ein Medium in flache Wärmetauscherrohre (2) hineinzuführen, oder mit einem Sammelkasten, um ein Medium aus den flachen Wärmetauscherrohren (2) heraus aufzunehmen und weiterzuleiten, wobei der Diffusor (1) eine Wand (3) aufweist, die sich entlang der Enden (4) eines Stapels von flachen Wärmetauscherrohren (2) erstreckt und deren Innenseite (5) mit den Enden (4) mittels Löten dicht verbunden ist,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    sich die Wand (3) umlaufend um den gesamten Umfang des Endes des Stapels erstreckt und Erhöhungen (6) und/oder Schlitze (7) aufweist, die mit Vorsprüngen (9) am Umfang des Stapels korrespondieren, um eine dichte Verbindung zwischen dem Umfang und der Wand (3) zu gewährleisten, wobei die Wand (3) wenigstens einen Einlass (20) und / oder einen Auslass (21) für das andere Medium, welches zwischen den Wärmetauscherrohren (2) strömt, besitzt.
  14. Wärmetauscher nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Wand (3) Vertiefungen (8) aufweist, die mit Furchen (10) am Umfang des Stapels korrespondieren.
  15. Wärmetauscher nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Wand (3) eine Umfangserweiterung (30) aufweist, in der der Einlass (20) und / oder der Auslass (21) angeordnet ist, und dass die jeweils ein Wärmetauscherrohr (2) bildenden zwei Flachrohrhälften (2a, 2b) in dem Bereich, der von der Umfangserweiterung (30) abgedeckt ist, so verformt sind, dass eine hydraulische Verbindung zwischen der Umfangserweiterung (30) und den zwischen den Wärmetauscherrohren (2) angeordneten Strömungskanälen (27, 40) für das andere Medium geschaffen ist.
  16. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 13 - 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhöhungen (6) und/oder Schlitze (7) in der Wand (3) im Bereich der Umfangserweiterung (30) unterbrochen sind.
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