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Patent Searching and Data


Title:
DEVICE FOR EXCHANGING HEAT
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2004/065874
Kind Code:
A1
Abstract:
Disclosed is a device for exchanging heat, especially for cooling the combustion air of internal combustion engines in motor vehicles, which is characterized by the fact that the flow devices (14) are accommodated in an profiled housing (6) comprising at least two parts. The cross section of a first housing part (6a) is essentially U-shaped, said basic shape being closed at the open end of the first housing part (6a) by means of a second, substantially planar housing part (6b). The inventive device is further characterized by the fact that the housing (6) comprises at least one inlet flange and at least one outlet flange for the second medium at two opposite sides while the flow devices (14) are kept at a distance from each other in at least one area by means of at least one frame device (12) which is accommodated within the housing (6).

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Inventors:
HENDRIX DANIEL (DE)
MOLDOVAN FLORIAN (DE)
Application Number:
PCT/EP2003/012468
Publication Date:
August 05, 2004
Filing Date:
November 07, 2003
Export Citation:
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Assignee:
BEHR GMBH & CO KG (DE)
HENDRIX DANIEL (DE)
MOLDOVAN FLORIAN (DE)
International Classes:
F28D7/16; F28F9/00; F28F9/02; (IPC1-7): F28D7/16
Foreign References:
DE19927607A12000-12-21
US20030010479A12003-01-16
US3173481A1965-03-16
US4436145A1984-03-13
US3508606A1970-04-28
DE19927607A12000-12-21
Other References:
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 2003, no. 03 5 May 2003 (2003-05-05)
Attorney, Agent or Firm:
BEHR GMBH & CO. KG (G-IP Mauserstrasse 3, Stuttgart, DE)
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Claims:
Ansprüche
1. Vorrichtung zum Austauschen von Wärme, insbesondere für die Kühlung der Verbrennungsluft von Verbrennungskraftmaschinen in Kraftfahrzeugen mit wenigstens einer Zuführung und einer Abführung eines ersten Mediums, wie Kältemittels, und wenigstens einer Zufüh rung und einer Abführung eines zweiten Mediums, wie der Verbren nungsluft, mindestens einer Strömungseinrichtung für das erste Medi um, wie Kältemittel, und einer Strömungseinrichtung für das zweite Medium, wie die Verbrennungsluft, wobei die Strömungswege der Strömungseinrichtungen des ersten Mediums und des zweiten Medi ums voneinander getrennt und die Strömungsrichtungen zumindest teilweise verschieden sind dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungseinrichtungen in einem wenigstens zweiteiligen, profiliertem Gehäuse aufgenommen sind, wobei ein erstes Gehäu seteil im Querschnitt eine im wesentlichen Uförmige Grundform auf weist, welche durch ein zweites, im wesentlichen flächiges Gehäuse teil an der offenen Seite des ersten Gehäuseteils geschlossen wird, und dass das Gehäuse an zwei gegenüberliegenden Seiten wenig stens einen Einlassund wenigstens einen Auslassflansch für das zweite Medium aufweist, und dass die Strömungseinrichtungen mit tels wenigstens einer Rahmeneinrichtung, welche im Gehäuse aufge nommen ist, in wenigstens einem Bereich voneinander beabstandet gehalten werden.
2. Vorrichtung zum Austauschen von Wärme gemäß Anspruch 1, da durch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Teil des zweiteiligen Ge häuses die Zuführung und die Abführung für das erste Medium, wie Kältemittel, aufweist.
3. Vorrichtung zum Austauschen von Wärme insbesondere gemäß we nigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich net, dass die Zuführung und die Abführung für das erste Medium, wie Kältemittel, an der selben Seite des Gehäuses angeordnet sind.
4. Vorrichtung zum Austauschen von Wärme insbesondere gemäß we nigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich net, dass die Zuführung und die Abführung für das erste Medium, wie Kältemittel, an verschiedenen, insbesondere gegenüberliegenden Seiten des Gehäuses angeordnet sind.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß eine einoder zweifache Zuund/oder Abführung für das erst6e Medium, wie Kältemittel, vorgesehen ist.
6. Vorrichtung zum Austauschen von Wärme insbesondere gemäß we nigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich net, dass die Strömungseinrichtungen des zweiten Mediums, wie z. B. der Verbrennungsluft, Flachrohre sind.
7. Vorrichtung zum Austauschen von Wärme insbesondere gemäß we nigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich net, dass die Flachrohre der Strömungseinrichtung des zweiten Medi ums, wie der Verbrennungsluft, im wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß die Flachrohre in einer, zwei oder mehreren Rei hen von paralleler Rohre angeordnet sind, wobei die Reihen von Flachrohren parallel und/oder seriell zueinander angeordnet sind.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß die jeweiligen Reihen von Flachrohren eine vor gebbare Anzahl von Rohren umfaßt.
10. Vorrichtung zum Austauschen von Wärme insbesondere gemäß we nigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich net, dass die Strömungseinrichtung des ersten Medium, wie des Käl temittels, Turbulenzeinrichtungen wie beispielsweise Turbulenzgitter oderplatten, strukturierte Oberflächen, Turbulenzgeneratoren etc. aufweist.
11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckabfall im Bereich der Turbulenzein richtungen in Hauptströmungsrichtung höher ist als senkrecht zur Hauptströmungsrichtung,.
12. Vorrichtung zum Austauschen von Wärme insbesondere gemäß we nigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich net, dass die Strömungseinrichtung des ersten Mediums, wie Käl temittels, Strömungswege aufweist, die im wesentlichen durch den Abstand der Flachrohre der Verbrennungsluft zueinander und/oder zum Gehäuse und/oder durch die Turbulenzeinrichtungen bestimmt werden.
13. Vorrichtung zum Austauschen von Wärme insbesondere gemäß we nigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich net, dass die Strömungseinrichtung des ersten Mediums, wie Käl temittels, Trennelemente aufweist, die wenigstens einen vorbestimm ten Strömungsweg für das erste Medium festlegen.
14. Vorrichtung zum Austauschen von Wärme insbesondere gemäß we nigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich net, dass die Bauteile der Vorrichtungen wie beispielsweise die Strö mungseinrichtungen, das Gehäuse, die zuund Abführung für das er ste Medium, der Einlassund Auslassflansch für das zweite Medium, etc. aus wenigstens einem Material hergestellt sind, welches aus ei ner Gruppe von Materialien ausgewählt ist, die Metalle wie Aluminium, Eisen, Messing, Kupfer, Titan, etc. Metallegierungen wie Aluminium legierung, Eisenlegierungen, etc. Kunststoffe PVC, PU, Duroplasten, faserverstärkte Kunststoffe, etc. enthält.
15. Vorrichtung zum Austauschen von Wärme insbesondere gemäß we nigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich net, dass das erste Gehäuseteil im wesentlichen drei profilierte Sei tenflächen eines Quaders bildet, wobei die Ausrichtung der Profile rung einen vorgegebenen Winkel zur Hauptströmungsrichtung des zweiten Mediums einnimmt.
16. Vorrichtung zum Austauschen von Wärme insbesondere gemäß we nigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich net, dass das zweite Gehäuseteil eine an die Profilkontur des ersten Gehäuseteils angepasste Außenkontur aufweist.
17. Vorrichtung zum Austauschen von Wärme insbesondere gemäß we nigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich net, dass der Einlassund Auslassflansch wenigstens zweiteilig ist und das Gehäuse an zwei gegenüberliegenden Stirnseiten des Qua ders gasund/oder flüssigkeitsdicht abschließt.
18. Vorrichtung zum Austauschen von Wärme insbesondere gemäß we nigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich net, dass der Einlassund/oder der Auslassflansch einen tiefgezoge nen Grundkörper mit einer Durchführung aufweist, welche einen vor gegebenen Abschnitt eines Rohres, insbesondere eines Anschluss rohrs aufnimmt oder in diesen eintritt.
19. Vorrichtung zum Austauschen von Wärme insbesondere gemäß we nigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich net, dass die Zuführung und die Abführung für das erste Medium eine Durchführung im Gehäuse ist, welche einen vorgegebenen Abschnitt eines Rohres, insbesondere eines Anschlussrohrs aufnimmt oder in diesen eintritt.
20. Vorrichtung zum Austauschen von Wärme insbesondere gemäß we nigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich net, dass der Einlassund/oder der Auslassflansch ein nach wenig stens zwei Seiten, insbesondere Uförmig gebogener Grundkörper mit einer Durchführung ist, welche einen vorgegebenen Abschnitt eines Rohres, insbesondere eines Anschlussrohrs aufnimmt oder in diesen eintritt und wenigstens eine weiter Durchführung zur Aufnahme eine Begrenzungselements aufweist.
21. Vorrichtung zum Austauschen von Wärme insbesondere gemäß we nigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich net, dass das zweite Gehäuseteil, das Begrenzungselement, die Flansche einen gasund/oder flüssigkeitsdichten Abschluss der Stirn seiten des Gehäuses bilden.
22. Vorrichtung zum Austauschen von Wärme insbesondere gemäß we nigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich net, dass wenigstens zwei Rahmeneinrichtungen vorgesehen sind, weiche wenigstens die Flachrohre der Strömungseinrichtung des zweiten Mediums beabstandet halten.
23. Vorrichtung zum Austauschen von Wärme insbesondere gemäß we nigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich net, dass die Rahmeneinrichtung ein im Wesentlichen ebene Platte ist, welches eine vorgegebene Zahl an Durchführungen zur Aufnahme der Flachrohre aufweist.
24. Vorrichtung zum Austauschen von Wärme insbesondere gemäß we nigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich net, dass die Rahmeneinrichtung und die Flachrohre gasund/oder flüssigkeitsdicht verbunden sind.
25. Vorrichtung zum Austauschen von Wärme insbesondere gemäß we nigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich net, dass eine stoff, kraftund/oder formschlüssige Verbindung zwi schen den Bauteilen der Vorrichtung vorgesehen ist.
26. Vorrichtung zum Austauschen von Wärme insbesondere gemäß we nigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich net, dass die Bauteile der Vorrichtung zum Austausch von Wärme durch eine Lötverbindung verbunden sind.
27. Vorrichtung zum Austauschen von Wärme insbesondere gemäß we nigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich net, dass die Rahmeneinrichtung eine Platte mit hochgestellten Rän dern ist, welche insbesondere mit wenigstens einem Abschnitt der In nenkontur des Gehäuses verbunden sind.
28. Vorrichtung zum Austauschen von Wärme insbesondere gemäß we nigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich net, dass die hochgestellten Ränder der Rahmeneinrichtung scharf kantige oder abgerundete Ecken aufweisen.
29. Verbrennungsmotoren mit einem Abgasturbolader, welche wenig stens eine Vorrichtung zum Austauschen von Wärme gemäß wenig stens einem der Ansprüche 1 bis 28 aufweist.
Description:
Vorrichtung zum Austauschen von Wärme Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Austauschen von Wär- me, insbesondere für die Kühlung der Verbrennungsluft von Verbrennungs- kraftmaschinen in Kraftfahrzeugen. Derartige Vorrichtungen zum Austausch von Wärme, welche auch als Ladeluftkühler bezeichnet werden, werden verwendet, um die Verbrennungsluft einer Verbrennungskraftmaschine ab- zukühlen. Die Erfindung ist jedoch auch für andere Wärmeübertrager an- wendbar.

Dabei wird Verbrennungsluft, welche durch Verdichtung ein höheres Tempe- raturniveau aufweist, durch die Vorrichtung geleitet und mit Hilfe eines Käl- temittels, welches ebenfalls durch die Vorrichtung fliesst, abgekühlt. Durch die DE 199 27 607 sind Vorrichtungen bekannt, bei welchen die Verbren- nungsluft durch mehrere Rohre durch die Vorrichtung zum Austausch von Wärme geleitet wird und welche eine Zuleitung und eine Ableitung für ein Kältemittel aufweisen, wodurch die Rohre von diesem Kältemittel umströmt werden. Um Abstände zwischen den Rohren zu gewährleisten, durch welche das Kältemittel hindurchfliessen kann, werden beim Stand der Technik die Rohrenden aufgeweitet, so dass die Rohre jeweils voneinander beabstandet sind.

Diese Herstellungsweise hat jedoch den Nachteil, dass die einzelnen Rohre sehr genau aufeinander ausgerichtet werden müssen und das Zusammen-

löten der Vorrichtung technisch sehr aufwendig ist. Ferner ist bekannt, das Gehäuse derartiger Vorrichtungen zweiteilig auszuführen, etwa in der Art, dass es einen U-förmigen Grundkörper aufweist sowie einen Deckel, der in diesen Grundkörper eingeschoben wird. Diese Vorgehensweise hat jedoch den Nachteil, dass sich der Deckel gegenüber der Grundform verschieben kann, wodurch die Fertigungsgenauigkeit negativ beeinflusst wird.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine verbesserte Vor- richtung zum Austausch von Wärme zur Verfügung zu stellen, welche insbe- sondere kostengünstig herstellbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch den Gegenstand des Hauptan- spruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der Un- teransprüche.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zum Austausch von Wärme, insbesondere für die Kühlung der Verbrennungsluft von Ver- brennungskraftmaschinen in Kraftfahrzeugen, welche wenigstens eine Zu- führung und eine Abführung eines ersten Mediums, wie beispielsweise eines Kältemittels, Kühlmittels oder eines anderen Mittels und wenigstens eine Zuführung und eine Abführung eines zweiten Mediums, wie beispielsweise einer Verbrennungsluft, Abgas oder eines anderen Mediums aufweist. Fer- ner ist wenigstens eine Strömungseinrichtung für das Kältemittel und wenig- stens eine Strömungseinrichtung für die Verbrennungsluft vorgesehen, wo- bei die Strömungswege der Strömungseinrichtungen eines Kältemittels und der Verbrennungsluft voneinander getrennt und die Strömungsrichtungen zumindest teilweise verschieden sind.

Unter einer Strömungseinrichtung wird dabei eine Einrichtung verstanden, welche das strömende Medium räumlich begrenzt, wie beispielsweise Rohre, insbesondere Flachrohre und dergleichen. Eine Einrichtung kann mehrere Komponenten aufweisen.

Mit dem Begriff Strömungseinrichtung wird darüber hinaus auch der Zwi- schenraum zwischen zwei Körpern verstanden, der einen Strömungsweg

bildet, wenn in diesem Zwischenraum ein Medium fliessen kann. So ist bei- spielsweise der Bereich zwischen zwei Flachrohren als, Strömungseinrich- tung anzusehen.

Unter einem Kältemittel ist allgemein jedes gasförmige oder flüssige Medium zu verstehen, welches eine geringere Temperatur als das zu kühlende Medi- um, d. h. die Verbrennungsluft aufweist. Als Kältemittel kommt insbesondere.

Wasser, eventuell mit Zusätzen wie Glykol, insbesondere aus dem Kühl- kreislauf, in Betracht, so dass im folgenden anstelle von Kältemittel auch von Wasser die Rede ist.

Unter dem Strömungsweg eines Mediums ist der Weg innerhalb einer Strö- mungseinrichtung zu verstehen, den das Kältemittel beispielsweise zwischen der Zuführung und der Abführung innerhalb der Vorrichtung zum Kühlen von Verbrennungsluft zurücklegt.

Die Strömungsrichtung ist die Flussrichtung, welche das Medium, das heisst das Kältemittel oder die Verbrennungsluft innerhalb der Strömungseinrich- tungen zum Kühlen von Verbrennungsluft, zumindest über einen bestimmten Zeitraum hinweg einnimmt.

Die Erfindung ist ferner dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsein- richtungen in einem wenigstens zweiteiligen profilierten Gehäuse aufge- nommen sind, wobei ein erstes Gehäuseteil im Querschnitt eine im wesentli- chen U-förmige Grundform aufweist, welche durch ein zweites, im wesentli- chen flächiges Gehäuseteil an der offenen Seite des ersten Gehäuseteils geschlossen wird.

Das Gehäuse der Vorrichtung weist ferner an zwei gegenüberliegenden Seiten wenigstens einen Einlass-und wenigstens einen Auslassflansch für die Verbrennungsluft auf.

Die Strömungseinrichtungen für die Verbrennungsluft und/oder das Käl- temittel werden mittels wenigstens einer Rahmeneinrichtung, welche im Ge-

häuse aufgenommen ist, in wenigstens einem Bereich voneinander beab- standet gehalten.

Unter einem zweiteiligen Gehäuse ist zu verstehen, dass das Gehäuse nicht aus einem Grundkörper hergestellt wird ; sondern zwei separate Teile auf- weist, welche miteinander zusammengefügt und insbesondere verbunden werden.

Unter profiliert ist zu verstehen, dass die Kanten, an welchen die Gehäuse- teile aneinandergefügt werden, nicht linear verlaufen, sondern in bestimmter Weise hiervon abweichen. So können beispielsweise in einem Gehäuseteil Kerben oder Nuten vorgesehen sein, in welche Vorsprünge des zweiten Ge- häuseteils eingreifen. Ferner können auch Vorsprünge in beliebiger geome- trischer Form vorgesehen sein, welche in dementsprechende Ausbuchtun- gen des entsprechenden anderen Gehäuseteils eingreifen.

Unter einer U-förmigen Grundform werden in der vorliegenden Erfindung solche Formen verstanden, deren Querschnitt im wesentlichen durch ein Rechteck beschrieben werden, bei welchem eine der vier Seiten fehlt. Dabei können jedoch die einzelnen Ecken auch abgerundet sein oder eine Seite kreis-oder ellipsenförmig ausgeführt sein. Auch der Verlauf der einzelnen Seite muss nicht zwangsläufig linear sein.

Der Begriff"U-förmig"in der vorliegenden Erfindung beschreibt auch Ge- staltungsformen, bei welchem im Querschnitt der weggelassene Seite eine längere Seite des Rechtecks ist.

Schliesslich werden auch solche Formen umfasst, welche einen im wesentli- chen ellipsenförmigen Querschnitt aufweisen, wobei ein Segment aus dieser Ellipse ausgeschnitten ist.

Unter einem flächigen Gehäuseteil wird ein Gehäuseteil verstanden, welches sich im wesentlichen in zwei Dimensionen erstreckt, das heisst im wesentli- chen eine Ebene bildet.

Unter einer Rahmeneinrichtung im Sinne der vorliegenden Erfindung wird jede Einrichtung verstanden, welche dazu geeignet ist, Strömungseinrich- tungen in einem vordefinierten Abstand zueinander zu halten.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist wenigstens ein Teil des zweitei- ligen Gehäuses die Zuführung und die Abführung für das Kältemittel auf.

Bevorzugt sind die Zuführung und Abführung für das Kältemittel an dersel- ben Seite des Gehäuses angeordnet. Alternativ können die Zuführung und die Abführung für das Kältemittel an verschiedenen, insbesondere gegen- überliegenden Seiten des Gehäuses angeordnet sein. Zuführung wie Abfüh- rung können auf gleicher Höhe oder auf unterschiedlicher Höhe an dem Ge- häuse angeordnet sein. Auch kann ein zweifacher Zufluß und/oder Abfluß vorgesehen sein.

In einer Ausführungsform sind die Zuführung und die Abführung für das Kältemittel in der Nähe zweier Ecken der Vorrichtung angeordnet, wobei die Verbindung dieser Ecken die Raumdiagonale der Vorrichtung ist.

Bevorzugt handelt es sich bei den Strömungseinrichtungen der Verbren- nungsluft um Flachrohre. Unter einem Flachrohr ist dabei ein Rohr zu ver- stehen, welches eine bestimmte Breite aufweist, und eine gegenüber dieser Breite-geringe Höhe. Diese Flachrohre können einen rechteckigen, ellipsen- förmigen oder ähnlichen Querschnitt aufweisen. Bevorzugt werden die Fiachrohre der Strömungseinrichtung der Verbrennungsluft im wesentlichen parallel zueinander angeordnet.

Bevorzugt weist die Strömungseinrichtung des Kältemittels Turbulenzein- richtungen, wie beispielsweise Turbulenzgitter oder Platten, strukturierte Oberflächen, Turbulenzgeneratoren usw. auf.

Unter strukturierten Oberflächen wird dabei verstanden, dass die Oberflä- chen nicht glatt sind, sondern Vorsprünge, Rillen, Fahnen oder ähnliche Ein- richtungen, welche die Turbulenz des daran vorbeifliessenden Mediums er-

höhen, aufweisen und somit den Wärmeübergang zwischen Wand und Me- dium verbessern.

Bevorzugt weist die Strömungseinrichtung des Kältemittels Trennelemente auf, die wenigstens einen vorbestimmten Strömungsweg für das Kältemittel festlegen. Darunter ist insbesondere aber nicht ausschliesslich zu verstehen, dass das Kältemittel nicht auf dem kürzesten Weg vom Einlass zum Auslass gelangen kann, sondern diese Trennmittel bewirken, dass das Kältemittel im wesentlichen den gesamten Bereich des Gehäuses durchströmt. Auch kann darunter eine sogenannte Zwangsführung verstanden werden.

Bevorzugt sind die Bauteile der Vorrichtungen, wie beispielsweise die Strö- mungseinrichtungen, das Gehäuse, die Zu-und Abführung für das Kältemit- tel, der Einlass-und Auslassflansch für die Verbrennungsluft etc. aus wenig- stens einem Material hergestellt, welches aus einer Gruppe von Materialien ausgewählt ist, die Metalle wie Aluminium, Eisen, Messing, Kupfer, Titan etc., Metallegierungen wie Aluminiumlegierungen, Eisenlegierung etc., Kunststoffe wie PVC, PU, Duroplasten, faserverstärkte Kunststoffe etc. ent- hält.

In der bevorzugten Ausführungsform bildet das erste Gehäuseteil im wesent- lichen drei profilierte Seitenflächen eines Quaders, wobei die Ausrichtung der Profilierung einen vorgegebenen Winkel zur Hauptströmungsrichtung der Verbrennungsluft einnimmt.

Unter einer profilierten Seitenfläche ist wiederum zu verstehen, dass die Seitenfläche keine glatte Fläche ist, sondern vordefinierte Abweichungen von einer glatten Oberfläche aufweist.

Bevorzugt weist das zweite Gehäuseteil eine an die Profilkontur des ersten Gehäuseteils angepasste Aussenkontur auf. Auf diese Weise wird erreicht, dass das zweite Gehäuseteil genau in durch die Profilierungen des ersten Gehäuseteils vorgegebene Fläche eingepasst werden kann.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Einlass-und Auslassflansch wenigstens zweiteilig ausgebildet und schliesst das Gehäuse an zwei gegen- liegenden Stirnseiten des Quader gas-und/oder flüssigkeitsdicht ab. Dabei weist der Einlass-und/oder der Auslassflansch bevorzugt einen tiefgezoge- nen Grundkörper mit einer Durchführung auf, weiche einen vorgegebenen Abstand eines Rohres, insbesondere eines Anschlussrohres, aufnimmt oder in diesen eintritt. Zu diesem Zweck kann der Ein-oder Auslassflansch auch eine Erhebung, wie einen Wulst, aufweisen, welcher den Anschluss an ein weiteres Rohr verbessert.

Bevorzugt ist die Zuführung und die Abführung für das Kältemittel als Durchführung im Gehäuse vorgesehen, welche den vorgegebenen Abschnitt eines Rohres, insbesondere eines Anschlussrohres aufnimmt, oder in diesen eintritt. Auch hier können wiederum Erhebungen oder Wulste an der Zufüh- rung vorgesehen sein, welche einen Anschluss an ein Anschlussrohr er- leichtern.

Bevorzugt bilden das zweite Gehäuseteil, das Begrenzungselement und die Flansche einen gas-und/oder flüssigkeitsdichten Abschluss der Stirnseiten des Gehäuses.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind wenigstens zwei Rah- meneinrichtungen vorgesehen, welche wenigstens die Flachrohre der Strö- mungseinrichtung der Verbrennungsluft beabstandet halten. Dabei sind die Rahmeneinrichtungen bevorzugt in der Nähe der Enden der Flachrohre an- geordnet. Es sind jedoch auch andere Anordnungen der Rahmeneinrichtun- gen denkbar. Insbesondere ist es denkbar, dass eine Rahmeneinrichtung gleichzeitig als Trennelement fungiert, um zu bewirken, dass das Kältemittel im wesentlichen über den gesamten Innenraum der Kältemittelströmungsein- richtung verteilt sein kann.

Bevorzugt handelt es sich bei der Rahmeneinrichtung um eine im wesentlich ebene Platte, welche eine vorgegebene Zahl an Durchführungen zur Auf- nahme der Flachrohre aufweist. Diese Durchführungen weisen einen Quer-

schnitt auf, der im wesentlichen dem Querschnitt der Flachrohre entspricht bzw. geringfügig grösser als letzterer ist.

In einer besonders-bevorzugten Ausführungsform sind die Rahmeneinrich- tung und die Flachrohre gas-und/oder flüssigkeitsdicht miteinander verbun- den.

Bevorzugt ist ferner eine stoff-, kraft-und/oder formschlüssige Verbindung zwischen den Bauteilen der Vorrichtung vorgesehen. Dabei können in einer bevorzugten Ausführungsform die Bauteile der Vorrichtung zum Austausch von Wärme durch eine Lötverbindung verbunden sein. in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Rahmeneinrichtung eine Platte mit hochgestellten Rändern, welche insbesondere mit wenigstens einem Abschnitt der Innenkontur des Gehäuses verbunden sind. Die Rah- meneinrichtung kann jedoch auch anstelle der hochgestellten Ränder einen durchgezogenen, kantigen oder auch gerundeten Rand aufweisen.

Die vorliegende Erfindung ist ferner auf Verbrennungsmotoren mit einem Abgasturbolader oder Kompressor gerichtet, welche mindestens eine Vor- richtung zum Austausch von Wärme gemäss der vorliegenden Erfindung aufweist.

Die vorliegende Erfindung ist ferner auf ein Verfahren zum Austausch von Wärme, insbesondere für die Kühlung von Verbrennungsluft, insbesondere für Ladeluft von Verbrennungskraftmaschinen, gerichtet, wobei in einem er- sten Verfahrensschritt Verbrennungsluft mit einer Temperatur T1 in einem ersten Strömungsweg, der erfindungsgemässen Vorrichtung eingeleitet wird, wobei in einem zweiten Verfahrensschritt ein Kältemittel mit einer Tempera- tur T2 in einem zweiten Strömungsweg der gleichen Vorrichtung eingeleitet wird, es in einem weiteren Schritt zu einem Wärmeübergang zwischen der Verbrennungsluft und dem Kältemittel kommt, und wobei schliesslich die Verbrennungsluft mit einer Temperatur T3 abgeführt wird, wobei die Tempe- ratur T1 grösser als die Temperatur T3 und die Temperatur T3 grösser als die Temperatur T2 ist.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den beigefügten Figuren.

Darin zeigen : Fig. 1 einen erfindungsgemässen Wärmetauscher gemäss einer ersten Ausführungsform ; Fig. 2 eine Detailansicht des erfindungsgemässen Wärmetauschers aus Fig. 1 ; Fig. 3 eine Detailansicht des Wärmetauschers aus den Figuren 1 und 2 ; Fig. 4 einen erfindungsgemässen Wärmetauscher gemäss einer weite- ren Ausführungsform in zusammengebautem Zustand ; Fig. 5 einen erfindungsgemässen Wärmetauscher aus Fig. 4 in einer teilweisen Explosionsansicht ; Fig. 6 den erfindungsgemässen Wärmetauscher aus Fig. 4 in einer weiteren Explosionsansicht ; Fig. 7 eine Detailansicht des erfindungsgemässen Wärmetauschers aus Fig. 4 ; Fig. 8 eine Detailansicht des erfindungsgemässen Wärmetauschers aus den Figuren 4 bis 7 ; Fig. 9 einen erfindungsgemässen Wärmetauscher gemäss einer weite- ren Ausführungsform in zusammengebautem Zustand ; Fig. 10 der erfindungsgemässe Wärmetauscher nach Fig. 9 in einer teil- weisen Explosionsansicht ;

Fig. 11 eine Darstellung des Wärmetauschers aus Fig. 10 in einer ande- ren Perspektive ; Fig. 12 eine Detailansicht des Wärmetauschers aus Fig. 9 ; und Fig. 13 eine Detailansicht des Wärmetauschers aus den Figuren 9 bis 12.

Fig. 1 zeigt einen erfindungsgemässen Wärmetauscher in einer teilweisen Explosionsansicht. Die Bezugszeichen 1a und 1b beziehen sich auf eine Zuführung sowie eine Abführung für ein Kältemittel.

Bei diesem Kältemittel handelt es sich bevorzugt um Wasser, insbesondere Wasser mit Zusatzstoffen, wie beispielsweise Glykol, aus dem Kühlkreislauf.

Es können jedoch auch andere Kältemittel, sowohl in einer gasförmigen als auch in einer flüssigen Phase, vorgesehen sein.

Die Bezugszeichen 3 und 4 beziehen sich auf eine Zuführung und eine Ab- führung der Verbrennungsluft, das heisst der zu kühlenden Luft. Die Zu-und die Abführung sind in Form von Ein-bzw. Auslassflanschen ausgebildet, welche jeweils mit einer weiteren Zuleitung verbunden werden können. Diese Verbindungen können entweder dadurch zustande kommen, dass ein Rohr mit grösserem Umfang über die Flansche geschoben wird, oder dass ein Rohr mit kleinerem Umfang in die Öffnung eingeschoben wird. Bevorzugt kann an den jeweiligen Flanschen ein Wulst 9 vorgesehen sein, der eine stabilere Verbindung zwischen dem Zuleitungsrohr und dem Flansch ermög- licht.

Das Bezugszeichen 12 kennzeichnet eine Rahmeneinrichtung, deren Funk- tion nachfolgend eingehender beschrieben wird. Das Bezugszeichen 6 be- zieht sich auf ein Gehäuse für die Vorrichtung zum Austauschen von Wär- me. Die Zuführung und Abführung für das Kältemittel sowie die Zuführung und Abführung für das Verbrennungsgas sowie die Deckeleinrichtung 5 und die dieser gegenüberliegende Deckeleinrichtung sind nicht Bestandteil die- ses Gehäuses.

In dieser Ausführungsform besteht das Gehäuse aus seinem ersten Teil 6a, der im wesentlichen eine U-förmige Gestalt ausweist. In Fig. 1 weist die offe- ne Seite dieses U in Richtung des Pfeils A. Ferner weist das Gehäuse einen zweiten Teil 6b auf, der hier als Deckel ausgeführt ist, der die nach oben of- fene Seite des U-förmigen ersten Teils abdeckt.

Der U-förmige erste Teil weist dabei Profilierungen 13 auf, in welche der zweite Teil mit entsprechenden Profilierungen eingepasst wird.

In Fig. 1 ist der zweite Gehäuseteil 6b im wesentlichen in der Form eines Rechtecks ausgebildet, welches an seinen längeren Seiten eingesenkte Ab- schnitte aufweist.

Fig. 2 zeigt eine Detailansicht der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung zum Aus- tausch von Wärme. Die Bezugszeichen 1a und 2a beziehen sich auf Flan- sche, in welchen die Zuführung und die Abführung für das Kältemittel 1 und 2 eingeschoben werden können. Das Bezugszeichen 6a bezieht sich wie- derum auf den ersten U-förmigen Teil des Gehäuses, der eine Profilstruktur aufweist. Der zweite Teil, das heisst der Deckel des Gehäuses, wurde in die- ser Zeichnung jedoch weggelassen. Das Bezugszeichen 12 zeigt wiederum die Rahmeneinrichtung.

In Fig. 3 ist als weitere Detailansicht das Innere des Gehäuses 6 der Vor- richtung zum Austausch von Wärme aus Fig. 1 gezeigt. Innerhalb des Ge- häuses 6 sind Flachrohre 14 angeordnet, durch welche die Verbrennungsluft hindurchströmt. Zwischen den einzelnen Flachrohren sind profilierte Platten 15 angeordnet.

Unter Profilierung werden Einsenkungen, Erhöhungen, Furchen und derglei- chen verstanden. Bevorzugt handelt es sich bei den Einrichtungen 15 auch um Turbulenzeinrichtungen wie Turbulenzgitter oder-platten, strukturierte Oberflächen, Turbulenzgeneratoren oder dergleichen.

Die Rahmeneinrichtung 12 dient dazu, die einzelnen Flachrohre 14 in einem vorbestimmten Abstand zu halten. Die Rahmeneinrichtung 12 weist einen

Rand 12a auf, damit eine stabilere Verbindung zwischen dem Rahmen und dem Gehäuse erzielt werden kann.

Im Betrieb strömt das Kältemittel aus dem Kühlkreislauf durch die Zuführung 1 in die Vorrichtung. Hier wird sich das Kältemittel im wesentlichen über den gesamten Rauminhalt des Gehäuses verteilen, wobei die Profilierungen der Einrichtungen 15 den Wärmeaustausch mit den Flachrohren verbessern.

Schliesslich wird das Kältemittel wieder über die Abführung 2 aus der Vor- richtung abgeleitet.

Der die Abführung für das Verbrennungsgas tragende Deckel 5 weist hier lediglich an drei Seitenrändern Ränder 5a und 5b auf, der dritte Seitenrand liegt an der dem Betrachter abgewandten Seite. An der vierten Seite wird ein vorstehender Teil 6c des Gehäuseteils 6b in den Deckel 5 eingeschoben.

Fig. 4 zeigt eine erfindungsgemässe Vorrichtung zum Austausch von Wärme in einer weiteren Ausführungsform im zusammengebauten Zustand. Die Be- zugszeichen 1 und 2 beziehen sich wiederum auf eine Zuführung und eine Abführung für das Kältemittel. Die Bezugszeichen 3 und 4 bezeichnen Zu- und Abführungen für das Verbrennungsgas. Die Pfeile deuten jeweils die Strömungsrichtungen der Verbrennungsluft und des Kältemittels auf. Das Gehäuse weist wieder einen ersten U-förmigen Teil 6a und einen zweiten Teil in Form eines Deckels 6b'auf. Im Gegensatz zu der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform, ragt der zweite Teil, das heisst der Deckel, nicht in seitli- cher Richtung über den U-förmigen ersten Teil hinaus ; d. h. ein Abschnitt 6c ist hier nicht vorhanden.

Fig. 5 zeigt eine teilweise Explosionsansicht der in Fig. 4 gezeigten Vorrich- tung zum Austausch von Wärme. Man erkennt, dass der zweite Teil, das heisst der Deckel 6b', mit dem ersten Teil, 6a, auf gleicher Höhe abschliesst.

Im Gegensatz zu dem Deckel der Verbrennungsgasabführung 5 weist der Deckel der Verbrennungsgasabführung 5'vier seitlich gleich hinausragende Ränder 5a', 5b', 5c', 5d' (5c'und 5d'nicht gezeigt) auf.

In Fig. 6 ist eine Explosionsansicht der in Fig. 4 gezeigten Vorrichtung dar- gestellt. Man erkennt, dass die Flachrohre 14 durch die Rahmeneinrichtung 12 hindurch geschoben werden. Der zweite Teil des Gehäuses, das heisst der Deckel 6b, weist wiederum Profilierungen auf, die an die entsprechenden Profilierungen des ersten Teils des Gehäuses 6a angepasst sind. Beim Zu- sammenbau wird die Deckeleinrichtung 5 über den Rahmen 12 geschoben.

Bevorzugt sind der Deckel für die Verbrennungsluftzuführung und der Deckel für die Verbrennungsluftabführung in gleicher Weise gebildet.

Fig. 7 zeigt eine Detailansicht der Vorrichtung aus Fig. 6. Das zweite Gehäu- seteil 6b wurde weggelassen, um die Sicht auf das Innere des Gehäuses freizugeben.

In Fig. 8 wird ein weiteres Detail der Vorrichtung zum Austausch von Wärme gezeigt. Der Fluss des Kältemittels verläuft hier in ähnlicher Weise wie im Fall der ersten Ausführungsform und wird daher nicht eingehender beschrie- ben. Im Gegensatz zu der Rahmeneinrichtung in der ersten Ausführungs- form, ist die Rahmeneinrichtung 12'hier nicht mit Rändern versehen, son- dern im wesentlichen zweidimensional ausgeführt. Auch sind bei diesem Ausführungsbeispiel wieder die Einrichtungen 15, die im folgenden als Tur- bulenzgeneratoren bezeichnet werden, vorhanden.

Es ist jedoch auch möglich, anstelle dieser Turbulenzgeneratoren Freiräume zwischen den Flachrohren zu belassen, zwischen welche das Kältemittel im wesentlichen ungehindert strömen kann. In den vorliegenden Ausführungs- formen ist die Vorrichtung auf dem Gegenstromprinzip basierend konzipiert, das heisst, die Zuführung des Kältemittels liegt auf der Seite der Abführung der Verbrennungsluft, die Abführung des Kältemittels liegt auf der Seite der Zuführung der Verbrennungsluft. Es ist jedoch auch möglich, die Position der Zuführung und Abführung des Kältemittels bzw. Zuführung und Abführung des. Verbrennungsgases zu vertauschen.

Die Länge I der Vorrichtung liegt zwischen 50 mm und 600 mm, insbesonde- re zwischen 100 mm und 600 mm, bevorzugt zwischen 150 mm und 500 mm, weiter bevorzugt zwischen 200 mm und 400 mm. Die Höhe h der Flach-

rohre liegt zwischen 2 mm und 40 mm, insbesondere zwischen 4 mm und 10 mm, bevorzugt zwischen 7,5 mm und 8,5 mm.

In Fig. 10 ist eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemässen Vor- richtung zum Austausch von Wärme dargestellt. Der wesentliche Unter- schied zu den oben beschriebenen Ausführungsformen liegt in der Ausge- staltung des zweiten Gehäuseteils 6b', das heisst des Deckels, und in der Ausgestaltung der Deckeleinrichtung 5". Die Deckeleinrichtung 5"wird aus einem einfachen Profil gebildet und weist daher lediglich zwei Seitenwände 5a und 5b auf. Der zweite Teil des Gehäuses 6b'wird in einen der Zwischen- räume zwischen die Seitenwände 5a und 5b'eingeschoben.

Fig. 11 zeigt eine Darstellung der Vorrichtung aus Fig. 10 in einer anderen Perspektive. Da der Deckel 5"lediglich zwei Seitenwände aufweist, und durch das zweite Teil des Gehäuses 6b'lediglich eine Seitenwand ersetzt wird, ist eine Vorrichtung nötig, um die verbleibende Öffnung zu schliessen.

Dies wird durch ein in die letzte Seitenwand eingeschobenes Blech 7 er- reicht. Der entsprechende Deckel für die Zuführung des Verbrennungsgases 3 ist in entsprechender Weise ausgeführt. Es sei jedoch erwähnt, dass die beiden Deckel für die Zuführung und die Abführung des Verbrennungsgases vorzugsweise in gleicher Weise ausgeführt sind, dies jedoch nicht notwendi- gerweise der Fall ist. So können Deckel unterschiedlicher Ausführungsfor- men unterschiedlicher Ausführungsformen miteinander kombiniert werden.

Fig. 9 zeigt die erfindungsgemässe Vorrichtung zum Austausch von Wärme nach der dritten Ausführungsform in zusammengebautem Zustand.

In Fig. 12 ist eine Detailansicht der erfindungsgemässen Vorrichtung zum Austausch von Wärme in der dritten Ausführungsform gezeigt. Wie sich aus Fig. 12 und Fig. 13 ergibt, werden die Rahmeneinrichtungen 12 und 12a an die jeweiligen Enden der Flachrohre 14 aufgeschoben.