-
Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, nach
dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
-
Aus
dem Stand der Technik sind Rohrbündel-Wärmetauscher
bekannt, z. B. in Form von Abgas-Wärmetauschern, bei denen ein
Bündel
von Rohren zur Führung
von Abgas innerhalb eines flüssigkeitsdurchströmten Gehäuses angeordnet
sind. Eine andere bekannte Bauform von Wärmetauschern sind sogenannte
Stapelscheiben-Wärmetauscher,
die z. B. als Ölkühler eingesetzt
werden. Hierbei sind entsprechend geformte Blechscheiben aufeinander
gestapelt, wobei zwei getrennte Strömungspfade zur Durchströmung mit
im thermischen Austausch stehenden Fluiden ausgebildet werden.
-
Es
ist die Aufgabe der Erfindung, einen Wärmetauscher anzugeben, der
bei guter Leistung mit einfachen Mitteln kostengünstig herstellbar ist.
-
Diese
Aufgabe wird für
einen eingangs genannten Wärmetauscher
erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden
Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Die Konstruktion aus flächigen, übereinander gestapelten
Elementen ermöglicht
ganz allgemein eine kostengünstige
Herstellung. Durch die Kombination von mehreren Durchbrechungen
zur Ausbildung rohrartiger Kanäle
kann durch hauptsächliche Verwendung
von flächigen
Elementen ein Wärmetauscher
nach dem Strömungsprinzip
eines Rohrbündel-Wärmetauschers
hergestellt werden, ohne dass Rohre vorgesehen werden müssen. Hierdurch ergeben
sich erhebliche Vereinfachungen und Kosteneinsparungen bei der Herstellung
eines entsprechenden Wärmetauschers.
-
In
vorteilhafter Ausführung
sind die flächigen Elemente
als Blechformteile ausgebildet. Blechformteile sind sowohl bezüglich des
Rohmaterials als auch der zu dessen Formung erforderlichen Arbeitsschritte
wie etwa Stanzen und/oder Tiefziehen besonders kostengünstig. Vorteilhaft
sind dabei die Durchbrechungen mittels Stanzung in den Blechformteilen
ausgebildet, wodurch eine einfache und zugleich genaue Herstellung
ermöglicht
ist.
-
In
weiterhin bevorzugter Ausführung
weisen die Durchbrechungen der Gruppe jeweils eine geneigte Wandung
auf, wobei die geneigten Wandungen benachbarter Durchbrechungen
einander teilweise überlappen.
Hierdurch lassen sich die benachbarten flächigen Elemente leicht zueinander
ausrichten und die benachbarten Durchbrechungen auf einfache Weise
aneinander festlegen. Eine hierdurch eventuell resultierende rippenartige
oder wellige Struktur der Innenfläche des durch die Durchbrechungen
ausgebildeten Kanals für
das erste Fluid ist dabei zugleich eine willkommene Vergrößerung und Strukturierung
der Kanaloberfläche
zur Verbesserung der Wärmetauscherleistung.
Die geneigten Wandungen können
kostengünstig
und einfache Weise z. B. mittels eines Umformverfahrens, insbesondere
Tiefziehen, in den flächigen
Elementen ausgebildet sein. Die Strömungsrichtung des ersten Fluids
verläuft
zur Vermeidung von Wirbeln in Richtung der geneigten wände. Falls
ein größerer Druckabfall unproblematisch
ist, kann auch eine Fluidströmung
in Gegenrichtung erfolgen, so dass der Wärmeübertrag des Fluids aufgrund
der erzeugten Wirbel verbessert wird.
-
Bevorzugt
sind die Durchbrechungen mittels stoffschlüssiger Verbindung, insbesondere
Verlötung oder
Verklebung, miteinander verbunden. Eine Verlötung kann bevorzugt nach einer
mechanischen Vormontage des Stapels von flächigen Elementen gemeinsam
in einem Lötofen
vorgenommen werden. In besonders günstiger Ausführung können die
flächigen
Elemente dabei lotplattierte Blechformteile sein, so dass weitere
Arbeitsschritte wie etwa lokales Aufbringen von Lot nicht erforderlich
sind. Je nach dem Material der flächigen Elemente, das beispielsweise auch
ein Kunststoff sein kann, kann auch eine Verklebung der aneinander
stoßenden
Durchbrechungen ein bevorzugtes Mittel zur fluiddichten Festlegung sein.
-
In
weiterhin vorteilhafter Ausführung
ist an zumindest einer der Durchbrechungen ein in den Kanal ragender
Vorsprung ausgebildet. Ein solcher Vorsprung kann die Kontaktoberfläche mit
dem ersten Fluid vergrößern und/oder
eine Vernebelung des ersten Fluids zur Verbesserung einer Wärmetauscherleistung
bewirken. Besonders vorteilhaft ist der Vorsprung dabei als durch
die Durchbrechung übergreifender
Steg ausgebildet. Solche Stege können
beispielsweise in einem Herstellungsschritt der Ausstanzung der
Durchbrechung stehen gelassen werden. Neben einer guten Wirkung
zur Verwirbelung des ersten Fluids wirken solche die Durchbrechung übergreifende
Stege auch als Zuganker, durch die eine Druckfestigkeit des ersten
Kanals erhöht
wird.
-
Allgemein
vorteilhaft weisen die flächigen Elemente
jeweils eine Mehrzahl von Durchbrechungen auf, wobei durch die stapelartige
Anordnung der Elemente eine Mehrzahl von insbesondere parallelen rohrartigen
Kanälen
ausgebildet ist. Hierdurch wird die thermische Kontaktfläche zwischen
erstem und zweitem Fluid, die aus den Wandungen Kanäle besteht,
vergrößert.
-
In
einer bevorzugten Ausführungsform
weisen die flächigen
Elemente jeweils eine die zumindest eine Durchbrechung einschließende Wandung auf,
wobei die Wandung jeweils mit einem benachbarten flächigen Element
unter Ausbildung eines geschlossenen Strömungspfads für das zweite
Fluid dichtend verbunden ist. Hierdurch wird auf einfache Weise
das zweite Fluid in einem geschossenen Raum geführt, ohne dass ein zusätzliches,
die Elemente umgebendes Gehäuse
erforderlich ist. Insbesondere bei einer solchen Ausführungsform
kann das zweite Fluid bevorzugt eine Flüssigkeit sein.
-
Weiterhin
vorteilhaft weist zumindest eines der flächigen Elemente zumindest eine Öffnung zur Durchleitung
des zweiten Fluids auf. Insbesondere bei der Anordnung des zweiten
Fluids in einem geschlossenen Gehäuse, das insbesondere durch
die flächigen
Elemente selbst ausgebildet sein kann, ermöglichen derartige Öffnungen
die Verteilung des zweiten Fluids über die Mehrzahl der flächigen Elemente.
In bevorzugter Ausbildung ist die Öffnung dabei als aufgebogene
Schlitzung des flächigen
Elementes ausgebildet. Derartige aufgebogene Schlitzungen sind einfach
herstellbar und bewirken zugleich eine gute Verwirbelung des zweiten
Fluids bei Durchtritt durch die Öffnung
zwecks Erhöhung
einer Wärmetauscherleistung.
In vorteilhafter Detailgestaltung sind zumindest einige der Öffnungen
als Strömungsrichter
für das
zweite Fluid ausgebildet. Durch eine solche Formgebung ist der Strömungswiderstand
für das
Fluid in der einen Durchtrittsrichtung kleiner als in dazu entgegengesetzter
Richtung. Dies kann zum Beispiel bei pulsierend strömenden Fluiden
vorteilhaft sein. Insbesondere kann eine solche Lösung gewünscht sein,
wenn der Wärmetauscher
in einem Ansaugrohr eines Verbrennungsmotors integriert ist, zum
Beispiel als Ladeluftkühler
und/oder Abgaskühler.
Ganz allgemein können
die Öffnungen, insbesondere
bei schlitzartiger Formgebung, einer mechanischen Entlastung der
Elemente gegen zum Beispiel thermisch bedingte Spannungen dienen.
-
In
allgemein bevorzugter Ausführung
bildet eine weitere Gruppe von Durchbrechungen der flächigen Elemente
einen weiteren Kanal, insbesondere ein Kanalsegment, zur Führung eines
weiteren, von dem ersten Fluid verschiedenen Fluids aus. Hierdurch
kann ganz allgemein durch denselben Stapel von flächigen Elementen
ein Wärmetauscher
mit verschiedenen getrennten Strömungspfaden
für durchaus
unterschiedliche Fluide vorgesehen sein. In bevorzugter Weiterbildung
kann dabei der weitere Kanal auch von einem von dem zweiten Fluid
verschiedenen Fluid umströmbar
sein. Derartige Abtrennungen verschiedener Strömungspfade für die die
rohrartigen Kanäle
umströmenden
zweiten Fluide sind auf einfache Weise durch entsprechende Ausformungen
in den flächigen
Elementen ausbildbar. Insgesamt kann hierdurch ein baueinheitlicher
Wärmetauscher
mit mehreren Wärmetauscherblöcken bereitgestellt
werden, die hinsichtlich der ersten und/oder zweiten Fluide getrennt
sind. Hierdurch wird wenig Bauraum beansprucht und die erforderliche
Menge an Leitungen und Haltevorrichtungen wird verringert. Im Falle
eines Kraftfahrzeugs kann ein solcher Wärmetauscher z. B. einen Bereich
aufweisen, bei dem in einer ersten Anzahl von rohrartigen Kanälen Kühlmittel
eines Verbrennungsmotors geführt
ist, das über
die flächigen
Elemente durch strömende
Außenluft
gekühlt
wird, wobei ein anderer Abschnitt ein Kondensator einer Fahrzeugklimaanlage
ist, bei dem die rohrartigen Kanäle
durch ein Kältemittel
der Klimaanlage durchströmt
werden. Ein wiederum weiterer Abschnitt des baueinheitlichen Wärmetauscherblocks
kann zum Beispiel durch entsprechende Ausformungen der flächigen Elemente
einen geschlossenen Strömungspfad
für das
zweite Fluid dieses Abschnitts aufweisen, wobei dieses zweite Fluid
z. B. eine Flüssigkeit
sein kann. Das entsprechende erste Fluid kann beispielsweise ein
zu kühlendes
Schmieröl
sein oder auch Ladeluft für
den Verbrennungsmotor. Je nach Anforderungen ist auf diese Weise
ein beliebig kombinierter Wärmetauscherblock
mit einer Mehrzahl von Wärmetauscherfunktionen
für eine Mehrzahl
verschiedener im thermischen Austausch stehenden Fluide möglich.
-
In
einer vorteilhaften Ausführungsform
ist der Wärmetauscher
bezüglich
des ersten Fluids als I-Flow-Wärmetauscher
ausgebildet. Dabei wird der von den Durchbrechungen ausgebildete
rohrartige Kanal in einer Längsrichtung
von dem ersten Fluid durchströmt.
Alternativ kann der Wärmetauscher auch
bezüglich
des ersten Fluids als U-Flow-Wärmetauscher
ausgebildet sein, wobei Mittel zur Umlenkung des ersten Fluids vorhanden
sind, mittels derer das Fluid in zumindest einen rückführenden
Kanal, der aus einer anderen Gruppe von Durchbrechungen ausgebildet
ist, zurückgeleitet
wird. Insbesondere bei einer Kombination verschiedener Strömungspfade für insbesondere
verschiedene Fluide in einem gemeinsamen Wärmetauscherblock können auch
teilweise I-Flow- sowie U-Flow-Anordnungen für die verschiedenen Fluide
in demselben Wärmetauscherblock
vorgesehen sein.
-
In
einer bevorzugten Ausführung
ist das erste Fluid ein Kühlmittel
eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs. Hierbei kann der
Wärmetauscher
zum Beispiel die Funktion eines Hauptkühlers eines Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotors übernehmen.
Alternativ oder ergänzend
kann das erste Fluid ein Gas eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs
sein, insbesondere Ladeluft und/oder Abgas. Ein erfindungsgemäßer Wärmetauscher
ist als Ladeluftkühler
oder auch als Abgaskühler
ausformbar. Weiterhin alternativ oder ergänzend kann das erste Fluid
ein Kältemittel
eines Kältekreises,
insbesondere einer Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs, sein. Der Wärmetauscher
kann hierbei die Funktion eines Kondensators nach einem Verdichter
der Klimaanlage übernehmen.
Bei einer solchen Anordnung kann der Wärmetauscher insbesondere weitere
Strömungspfade
aufweisen, die ein Kühlmittel
eines Verbrennungsmotors führen.
Die erfindungsgemäße Bauweise
des Wärmetauschers
ermöglicht
es bei dieser Ausführung,
die bisher separaten, zumeist in Fahrtrichtung hintereinander angeordneten
Wärmetauscher
für die
Verbrennungsmotorkühlung
und die Kältemittelkondensation
baulich zu integrieren. Alternativ kann der Wärmetauscher aber auch ein Verdampfer der
Klimaanlage sein oder ein anderer für ein Kraftfahrzeug geeigneter
Wärmetauscher.
-
In
besonders vorteilhafter Ausführung
bestehen die flächigen
Elemente aus einem Metall, insbesondere auf Basis von Stahl, Edelstahl,
Kupfer oder Aluminium. Das Material ist je nach Einsatzzweck hinsichtlich
seiner Druckfestigkeit, Korrosionsbeständigkeit, thermischen Leitfähigkeit
oder auch des Materialpreises auszuwählen.
-
Ferner
kann vorgesehen sein, dass das erste Fluid ein Kühlmittel eines Verbrennungsmotors
eines Kraftfahrzeugs ist, der insbesondere zum Vor- und/oder Zuheizen
dient.
-
Ferner
kann vorgesehen sein, dass der Wärmetauscher
zur Kühlung
von Treibstoff dient.
-
Ferner
kann vorgesehen sein, dass der Wärmetauscher
zur Kühlung
von zumindest einer Bremsleitung und/oder zumindest eines Lenkhilfesystems und/oder
zumindest eines Dämpfungsausgleichselements
und/oder zumindest eines Elektromotors mit zusätzlicher Kühlung und/oder zur direkten
und/oder indirekten Kühlung
von Elektronik dient.
-
Ferner
kann vorgesehen sein, dass der Wärmetauscher
zur indirekten Kühlung
dient.
-
Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
eines Wärmetauschers
ist die stapelartige Anordnung von flächigen Elementen die stapelartige
Anordnung von flächigen
Elementen mit einem zumindest eines der Fluide führenden Kasten verbunden. Bevorzugt kann
der Kasten zur Gewichtsreduzierung im Wesentlichen aus Kunststoff
bestehen, alternativ aber auch im Wesentlichen als Metallteil, insbesondere Blechteil,
Gussteil oder Fließpressteil,
ausgebil det sein. Auf bekannte Weise kann der Kasten im Interesse
einer einfachen Montage mittels Verkrimpung oder Wellschlitz-Bördelung
mit der stapelartigen Anordnung verbunden sein, oder auch mittels
Verlötung.
-
Allgemein
vorteilhaft sind die flächigen
Elemente mit Mikrostrukturen zur Verbesserung von zumindest einem
aus der Gruppe Wärmeübertrag,
mechanische Festigkeit oder Druckabfall versehen. Solche Mikrostrukturen
können
zum Beispiel zumindest teilweise als Winglets ausgeformt sein. Alternativ oder
ergänzend
können
die Mikrostrukturen auch zumindest teilweise als Fischhaut- oder
Haihaut-Strukturen ausgebildet sein.
-
In
einer besonders betriebssicheren und druckfesten Ausführungsform
ist in dem rohrartigen Kanal ein Innenrohr angeordnet. Hierdurch
kann insbesondere ein doppelwandiger Kanal gebildet werden. Das
Innenrohr kann zum Beispiel mit den Rändern der Durchbrechungen zumindest
abschnittsweise verlötet
sein, so dass eine hohe Druckfestigkeit des Innenrohrs bei relativ
kleiner Wandstärke
resultiert.
-
Allgemein
vorteilhaft sind an den Durchbrechungen Zuganker zur Verstärkung der
Festigkeit angeordnet.
-
Ein
erfindungsgemäßer Wärmetauscher
ist bei einer allgemein vorteilhaften Ausführungsform als Kreuzstrom-Wärmetauscher
ausgebildet. Kreuzstrom-Wärmetauscher
haben gute Wärmeübertragungseigenschaften
bei geringem Druckabfall. Herkömmliche
Stapelscheiben-Wärmetauscher
ermöglichen
keine Kreuzstrom-Anordnung und wiesen bauartbedingt mehrere Umlenkungen
des Fluidstroms auf. Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht dagegen einen als Stapel
von Scheiben bzw. flächigen Elementen
aufgebauten Wärmetauscher,
der als Kreuzstrom-Wärmetauscher
ausgebildet sein kann.
-
Weitere
Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgend
beschriebenen Ausführungsbeispielen
sowie aus den abhängigen Ansprüchen.
-
Nachfolgend
werden vorteilhafte Ausführungsbeispiele
eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers
beschrieben und anhand der anliegenden Zeichnungen näher erläutert.
-
1 zeigt
eine räumliche
Explosionsdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers.
-
2 zeigt
eine Draufsicht auf ein flächiges Element
des Wärmetauschers
aus 1.
-
3 zeigt
den Wärmetauscher
aus 1 aus einer anderen Perspektive.
-
4 zeigt
eines Abwandlung des Wärmetauschers
aus 1.
-
5 zeigt
eine teilweise räumliche
Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels
eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers.
-
6 zeigt
eine weitere räumliche
Ansicht des Wärmetauschers
aus 5.
-
7 zeigt
eines schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers
in einer I-flow-Bauweise.
-
8 zeigt
eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers in einer U-flow-Bauweise.
-
9 zeigt
eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers mit mehreren getrennten
Strömungspfaden.
-
Der
Wärmetauscher
aus 1 umfasst ein erstes Kastenelement 1 mit
einem Eintritt 2 für
ein erstes Fluid sowie einem Eintritt 3 und einem Austritt 4 für ein zweites
Fluid. Ein zweites Kastenelement 5 umfasst einen Austritt 6 für das erste
Fluid. Zwischen den beiden Kastenelementen 1, 5 ist
ein Stapel aus einer Mehrzahl von flächigen Elementen 7 angeordnet.
Die flächigen Elemente 7 sind
jeweils Blechformteile, in die mittels Stanzung und Tiefziehen jeweils eine
Anzahl von Durchbrechungen 8 eingebracht sind.
-
Die
Durchbrechungen 8 sind von länglicher Form mit parallelen
geraden Längsseiten 8a und halbkreisförmigen runden
Schmalseiten 8b. Allgemein ist die Querschnittsform der
Durchbrechungen je nach Anforderungen beliebig; es kann sich insbesondere
um ovale, kreisrunde, dreieckige, recheckige, oder fünfeckige Öffnungsformen
handeln. Auch andere Querschnittsformen wie die Form einer acht, einer
Niere oder sonstiges sind denkbar. Im Falle mehreckiger Querschnittsformen
können
die Ecken scharf oder verrundet, insbesondere mit einem definierten
Krümmungsradius,
ausgebildet sein. Jede der Durchbrechungen 8 hat eine geneigte
Wandung 9, die auf einer Seite des flächigen Elements 7 aus diesem
herausragt. Entlang des Randes der Wandung 9 wird die Durchbrechung 8 jeweils
von vier schmalen Stegen 8c durchgriffen, die bei der Ausstanzung
der Durchbrechungen 8 stehen gelassen wurden. Die Stege
können
auch nach Art von Kreuzen oder Gittern ausgebildet sein.
-
Die
Stege 8c können
zudem eine Profilierung in Strömungsrichtung
aufweisen, zum Beispiel ähnlich
wie bei Kiemenrippen. Hierdurch wird die Wärmeübertragung weiter verbessert.
-
Jedes
der flächigen
oder scheibenartigen Elemente 7 hat im vorliegenden Beispiel
eine Anzahl von etwa sechzig Durchbrechungen 8, wobei die
Anzahl und die Abmessungen der Durchbrechungen im Allgemeinen beliebig
ist. Bei Stapelung der flächigen Elemente 7 greifen
die Wandungen 9 von sich überdeckenden Durchbrechungen 8 ineinander
ein, so dass in Längsrichtung
des Stapels der Elemente 7 bzw. in Strömungsrichtung des ersten Fluids 60 rohrartige
Kanäle
ausgebildet werden. Die Wandungen von benachbarten Durchbrechungen
eines Kanals sind stoffschlüssig
aneinander festgelegt, vorliegend mittels Verlötung. Hierzu weisen die Blechformteile zumindest
im Bereich der sich berührenden
Wandungen 9 eine Lotplattierung auf. Durch die Verlötung entsteht
eine Zugankerwirkung zwischen benachbarten Scheiben. Zur Verbesserung
der Zugankerwirkung können
zusätzlich
entsprechende Zugankerstrukturen innenseitig oder außenseitig
an den Durchbrechungen vorgesehen sein.
-
Ein äußerer Randbereich
der Elemente 7 ist jeweils als umgebogene, geneigte Wandung 11 ausgeformt,
die entsprechend sämtliche
der Durchbrechungen 8 einschließt. Durch Stapelung dieser
geneigten Wandungen 11 und entsprechende Verlötung wird
auch der vom zweiten Fluid durchströmte Bereich von der Umgebung
abgeschlossen, ohne dass ein zusätzliche
Gehäuse
erforderlich ist. Hierzu weisen die Elemente jeweils Öffnungen 12, 13 auf,
durch die das zweite Fluid von dem Eintritt 3 in die Zwischenräume zwischen
benachbarten Elementen 7 und von dort zu dem Austritt 4 strömt.
-
Das
eintrittsseitige Kastenelement 1 hat im Bereich um den
Eintritt 3 und den Austritt 4 plane Bereiche 3a, 4a,
die mit den Rändern
der Öffnungen 12, 13 des
ersten sich anschließenden
Elements 7 flächig
verlötet
sind. Hierdurch wird auf einfache Weise das erste Fluid von dem
zweiten Fluid im Bereich des einstückigen Kastens 1 separiert,
so dass auch der Kasten 1 als einstückiges Formteil ausgebildet
sein kann. Insbesondere die Kästen 1, 5 können je
nach Anwendung zur Einsparung von Kosten und Gewicht auch aus einem
Kunststoff bestehen, wobei die Verbindung mit den metallischen Elementen 7 durch
Verklebung und/oder mechanische Verbindung mit Dichtungen erfolgt.
-
Die
gezeigte konkrete Dimensionierung und Formgebung des Wärmetauschers
des ersten Ausführungsbeispiels
ist dazu geeignet, dass das erste Fluid ein Gas und das zweite Fluid
eine Flüssigkeit ist.
So kann es sich zum Beispiel um einen indirekten bzw. flüssigkeitsgekühlten Ladeluftkühler eines
Kraftfahrzeugs handeln.
-
4 zeigt
eine Abwandlung des ersten Ausführungsbeispiels,
bei der der auslassseitige Kasten 5 als flanschartiger
Adapter ausgebildet ist. Hierdurch kann der Wärmetauscher zum Beispiel unmittelbar
an den Ansaugbereich eines Verbrennungsmotors angebracht werden.
-
5 zeigt
ein zweites Ausführungsbeispiel der
Erfindung. Dargestellt sind zwei aufeinander angeordnete flächige Elemente 7.
In 6 ist ein Stapel von Elementen 7 angedeutet,
der an seinen Enden jeweils mit Abschlussstücken 14, 15 versehen ist.
Abschlussstücke 14, 15 haben
jeweils ähnliche Durchbrechungen 16 mit
geneigten Wänden
zur flächigen
Verlötung
mit den Durchbrechungen 8 der angrenzenden Elemente 7.
Zudem haben die Abschlussstücke 14, 15 randseitige
Sicken 17 zur Anbringung eines eintritts- bzw. austrittsseitigen
Kastens (nicht dargestellt) zur Zuführung und Abführung des
ersten Fluids.
-
Die
Elemente 7 weisen durch Schlitzung und Aufbiegung oder
auch durch Stanzung ausgebildete Öffnungen 18 auf, durch
die das zweite Fluid durch die Elemente hindurchtreten kann. Zudem
bewirken die Öffnungen 18 eine
Verwirbelung des zweiten Fluid und hierdurch einen besseren Wärmeaustausch mit
den Oberflächen
der Elemente 7.
-
Zumindest
einige der Öffnungen
(18) können als
Strömungsrichter
für das
zweite Fluid ausgebildet sein. Durch eine solche Formgebung ist
der Strömungswiderstand
für das
Fluid in der einen Durchtrittsrichtung kleiner als in dazu entgegengesetzter Richtung.
Insbesondere ist dies vorteilhaft, wenn der Wärmetauscher in einem Ansaugrohr
eines Verbrennungsmotors integriert ist, zum Beispiel als Ladeluftkühler und/oder
Abgaskühler.
Bei einer solchen Ausführung
wäre die
Ladeluft das zweite Fluid, das eine Gleichrichtung seiner Strömung durch
die Öffnungen 18 erfährt.
-
Die
gezeigten Öffnungen 18 haben
eine schlitzartige Formgebung, durch die zudem eine mechanische
Entlastung der Elemente gegen zum Beispiel thermisch bedingte Spannungen
bewirkt.
-
Die
Elemente 7 haben jeweils eine Anzahl von umgebogenen Fahnen 19,
durch die eine zusätzliche
Führung,
Halterung oder Festlegung benachbarter Elemente 7 ermöglicht ist.
-
Ein
Wärmetauscher
nach dem Prinzip des zweiten Ausführungsbeispiels kann zum Beispiel
als Ladeluftkühler
eines Verbrennungsmotors, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, Verwendung
finden. Das erste Fluid wäre
dabei die verdichtete und erhitzte Luft, wobei das zweite Fluid
Außenluft
wäre, die
die Elemente 7 unmittelbar umströmt (direkte Kühlung). Hierbei
bilden die Elemente 7 keinen geschlossenen Strömungspfad
für das
zweite Fluid aus, wie es etwa im ersten Ausführungsbeispiel gezeigt ist.
-
7 zeigt
eine schematische Darstellung der Strömungswege von erstem Fluid
A und zweitem Fluid B bei einer Ausführung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.
Bezüglich
des ersten Fluids A handelt es sich dabei um einen -flow-Wärmetauscher. 8 zeigt
hiervon eine Abwandlung, bei der im Bereich des zweiten Kastens
Umlenkmittel 20 für
das erste Fluid A vorgesehen sind und der erste Kasten 1 sowohl
Einlass 2 als auch Auslass 6 des ersten Fluids
A umfasst. Hierbei handelt es sich bezüglich des ersten Fluids A um
eine U-flow-Bauweise, bei der einige der Kanäle des ersten Fluids hinführend und
andere rückführend sind.
-
Grundsätzlich können die
mehreren, durch die gestapelten und dichtend verbundenen Durchbrechungen
der gleichen Elemente 7 ausgebildeten Kanäle auch
verschiedenen Fluiden zugeordnet sein. Ebenso können mehrere zweite Fluide
in getrennten Strömungspfaden
vorliegen. 9 zeigt eine schematische Darstellung
eines Wärmetauscherblocks, der
drei verschiedene Fluide erster Art A, A', A'' und ein Fluid zweiter
Art B mittels des gleichen Stapels von flächigen Elementen in jeweils
separaten Strömungspfaden
führt.
-
Bei
einer weiteren, nicht dargestellten Ausführungsform sind in den durch
die Durchbrechungen 8 des ersten oder auch zweiten Ausführungsbeispiels
geformten rohrartigen Kanälen
zusätzliche
Innenrohre vorgesehen. Zweckmäßig haben
die Durchbrechungen 8 dabei keine Stege 8c, um
ausreichend Raum für
die Innenrohre zu schaffen. Die Innenrohre können stoffschlüssig mit
den Rändern
der Durchbrechungen 8 verbunden sein und somit einen doppelwandigen
Kanal für
das erste Fluid bei zugleich noch gutem Wärmeübergang und hoher Druckfestigkeit
bereitstellen.
-
Es
versteht sich, dass die einzelnen speziellen Merkmale der verschiedenen
Ausführungsbeispiele
je nach Anforderungen sinnvoll miteinander kombiniert werden können.