DE60000493T2

DE60000493T2 - Abgaswärmetauscher mit schräg angeordneten Gasleitsegmenten

Info

Publication number: DE60000493T2
Application number: DE60000493T
Authority: DE
Inventors: C/O Nippon Soken Daidou; Takaki Okochi; Kazuhiro Shibagaki; Katsunori Uchimura
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1999-07-30
Filing date: 2000-07-27
Publication date: 2003-02-20
Anticipated expiration: 2020-07-28
Also published as: EP1072783A1; EP1072783B1; US6247523B1; DE60000493D1

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher gemäß Oberbegriffs von Anspruch 1.
Ein solcher Wärmetauscher ist in JP 11-303 689 offenbart. Dieser bekannte Wärmetauscher umfasst ein Abgasrohr, durch das hindurch durch eine Verbrennung erzeugtes Abgas strömt, und eine Vielzahl von Kühlfluid-Röhrchen, durch die hindurch Kühlfluid zum Kühlen des Abgases strömt. Weiter ist ein geschichtetes Element mit einer Rippe zwischen jedem Röhrchen vorgesehen, wobei das Abgas an dem geschichtetes Element vorbei strömt.
Zur wirksamen Reduzierung des in dem durch eine Verbrennung erzeugten Abgas enthaltenen Stickstoffoxids wird das für eine Abgas-Umwälzung (nachfolgend bezeichnet als "EGR") verwendete Abgas mittels eines EGR-Kühlers gekühlt. Wenn jedoch ein Wärmetauscher mit inneren Rippen innerhalb eines Rohrs bei dem EGR-Kühler in einfacher Weise Anwendung findet, ist es schwierig, das Wärmeaustauschvermögen des EGR-Kühlers zu vergrößern, weil Staub, beispielsweise Kohlenstoff, in dem Abgas enthalten ist und ohne weiteres beispielsweise innerhalb des Rohrs gesammelt wird.

Zusammenfassung der Erfindung

In Hinblick auf die vorstehend angegebenen Probleme ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Abgas-Wärmetauscher zu schaffen, der verhindert, dass der Druckverlust innerhalb eines Abgasrohrs vergrößert wird und in dem Abgas enthaltener Staub innerhalb des Abgasrohrs gesammelt wird.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Abgas-Wärmetauscher zu schaffen, der den Prozentsatz der Wärmeübertragung der innerhalb eines Abgasrohrs angeordneten versetzten Rippen verbessert, während er verhindern kann, dass der Druckverlust innerhalb des Abgasrohrs vergrößert wird und in dem Abgas enthaltener Staub innerhalb des Abgasrohrs gesammelt wird.
Diese Aufgabe wird mittels der im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Gemäß der vorliegenden Erfindung weist ein Wärmetauscher ein Abgasrohr, durch das hindurch durch eine Verbrennung erzeugtes Abgas strömt, eine Vielzahl von Kühlfluid-Röhrchen, durch die hindurch Kühlfluid zum Kühlen des Abgases strömt, und eine versetzte Rippe auf, die innerhalb des Abgasrohrs angeordnet ist. Die Kühlfluid-Röhrchen sind den beiden Enden des Abgasrohrs in der Richtung des kleineren Durchmessers das Abgasrohrs benachbart angeordnet, und die versetzte Rippen weist eine Vielzahl von plattenförmigen Segmenten auf, die etwa parallel zu der Richtung des kleineren Durchmessers verlaufen und in der Längsrichtung des Abgasrohrs versetzt angeordnet sind. In dem Abgas-Wärmetauscher sind die Segmente in einer Neigungsrichtung bezogen auf die Längsrichtung geneigt angeordnet. Somit ist es möglich, die Segmente entsprechend der Struktur des Abgas-Wärmetauschers ohne weiteres anzuordnen.
Vorzugsweise sind Kühlfluid-Verbindungskanäle, durch die hindurch die Kühlfluid-Röhrchen miteinander in Verbindung stehen, an den beiden Stirnseiten des Abgasrohrs in der Längsrichtung an diagonalen Positionen bei Betrachtung aus der Richtung des kleineren Durchmessers angeordnet, und sind die Segmente bezogen auf die Längsrichtung in Richtung zu der einer diagonalen Linie (L1), die Kühlfluid-Verbindungskanäle verbindet, gegenüberliegenden Seite hin geneigt. Daher wird der Kreuzungswinkel zwischen der Neigungsrichtung der Segmente und der Hauptströmung des Abgases kleiner, und kann der Druckverlust, der erzeugt wird, während das Abgas durch das Abgasrohr hindurch strömt, reduziert werden. Entsprechend kann die Menge des Abgases, die durch das Abgasrohr hindurch strömt, vergrößert werden, und ist das Wärmeaustauschvermögen des Abgas-Wärmetauschers vergrößert. Weiter werden sogar dann, wenn der Kreuzungswinkel zwischen der Neigungsrichtung der Segmente und der Hauptströmung des Abgases kleiner wird, eine Strömung des Abgases, die mit Plattenflächen der Segmente direkt zusammentrifft, und eine Strömung des Abgases, die die Segmente kreuzt, an Linien unterschiedlicher Neigung erzeugt. Daher wird Staub, der an den Segmenten anhaftet, entfernt, und strömt dieser Staub zwangsweise an einer stromabwärtigen Seite. Auf diese Weise kann verhindert werden, dass der Staub an der versetzten Rippen innerhalb des Abgasrohrs gesammelt wird.
Vorzugsweise ist, wenn eine Anordnung der Segmente von einem Ende zum anderen Ende des Abgasrohrs in der Richtung des größeren Durchmessers als eine Reihe bezeichnet wird und wenn eine Anordnung der Segmente von einem Ende zum anderen Ende des Abgasrohrs in der Längsrichtung als eine Linie bezeichnet wird, ein Segment, das auf der i-Linie und in der j-Reihe angeordnet ist, in Richtung zu dem Zentrum irgendeines Segments ausgenommen die Segmente der i-Linie, die Segmente der j-Reihe und die Segmente der (i+n)- Linie und der (j+n)-Reihe geneigt. Daher ist der Abstand zwischen benachbarten Segmenten auf der gleichen Neigungslinie in der Neigungsrichtung der Segmente größer und kann verhindert werden, dass eine Temperaturgrenzschicht entlang der gesamten Fläche in der Längsrichtung des Abgasrohrs erzeugt wird. Auf diese Weise kann der Prozentsatz der Wärmeübertragung zwischen den versetzten Rippen und dem Abgas verbessert werden, und wird das Wärmeaustauschvermögen des Abgas-Wärmetauschers vergrößert. In diesem Falle verbessert, wenn die Segmente derart angeordnet sind, dass sie bezogen auf die Längsrichtung in Richtung zu der der diagonalen Linie (L1) gegenüberliegenden Seite hin geneigt sind, der Abgas-Wärmetauscher den Prozentsatz der Wärmeübertragung der versetzten Rippen, während verhindert ist, dass der Druckverlust innerhalb des Abgasrohrs vergrößert wird.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Weitere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind ohne weiteres aus der nachfolgenden Detailbeschreibung bevorzugter Ausführungsformen bei gemeinsamer Betrachtung mit den beigefügten Zeichnungen ersichtlich, in denen zeigen:
Fig. 1 eine schematische Ansicht eines EGR-System gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines EGR-Kühlers, der für das EGR- System gemäß der ersten Ausführungsform verwendet wird;
Fig. 3 eine Draufsicht auf dem EGR-Kühler gemäß der ersten Ausführungsform;
Fig. 4 einen Schnitt entlang der Linie IV-IV in Fig. 3;
Fig. 5 einen Schnitt entlang der Linie V-V Fig. 3;
Fig. 6 einen Schnitt entlang der Linie IV-C-D-E-F-G-H-IV in Fig. 3;
Fig. 7A und Fig. 7B eine Seitenansicht bzw. eine Vorderansicht eines Verbindungsstücks des EGR-Kühlers gemäß der ersten Ausführungsform;
Fig. 8 eine schematische Ansicht der Neigungsrichtung der Segmente innerhalb des Abgasrohrs gemäß der ersten Ausführungsform;
Fig. 9 eine perspektivische Ansicht von Segmenten innerer Rippen gemäß der ersten Ausführungsform;
Fig. 10 eine Vorderansicht eines EGR-Kühlers gemäß einer Modifikation der ersten Ausführungsform;
Fig. 11A eine schematische Ansicht von Segmenten innerhalb eines Abgasrohrs gemäß einem Vergleichsbeispiel der vorliegenden Erfindung und Fig. 11B eine perspektivische Ansicht von versetzten Rippen;
Fig. 12 eine schematische Ansicht eines Abgasrohrs einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 13 eine Vorderansicht der inneren Rippen gemäß der zweiten Ausführungsform;
Fig. 14 eine schematische Ansicht der Neigungsanordnung der Segmente gemäß der zweiten Ausführungsform;
Fig. 15 eine Ansicht zur Erläuterung der Strömung des Abgases zwischen den Segmenten und einer Temperaturgrenzschicht (TBL) gemäß der zweiten Ausführungsform;
Fig. 16 eine schematische Ansicht der Neigungsanordnung der Segmente gemäß einem Vergleichsbeispiel der zweiten Ausführungsform; und
Fig. 17 eine schematische Ansicht der Anordnung der Segmente gemäß einem anderen Vergleichsbeispiel der zweiten Ausführungsform.

Detailbeschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Zunächst wird eine erste bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf Blick 1-11 beschrieben. Bei der ersten Ausführungsform findet die vorliegende Erfindung typischerweise bei einem EGR-Kühler 100 eines Abgas-Umwälzungssystem (EGR-System) für einen Diesel-Motor 200 Anwendung.
das EGR-System weist eine Abgas-Umwälzungsfeitung 210 auf, durch die hindurch ein Teil des von dem Motor 200 abgegebenen Abgases zu der Einlassseite des Motors 200 zurückgeführt wird. Ein EGR-Ventil 220 zum Einstellen der Umwälzungsmenge des Abgases entsprechend dem Betriebszustand des Motors 200 ist in der Abgas-Umwälzungsleitung 210 angeordnet. Der EGR- Kühler 100 ist zwischen der Abgasseite des Motors 200 und dem EGR-Ventil 220 angeordnet, sodass ein Wärmeaustausch zwischen dem von dem Dieselmotor 200 abgegebenen Abgas und Kühlwasser (d. h. Motorkühlwasser) durchgeführt wird.
Als Nächstes wird die Struktur des EGR-Kühlers 100 im Detail beschrieben. Wie in Fig. 2-6 dargestellt ist, weist der EGR-Kühler 100 einen Kernbereich, ein Verbindungsstück mit einem Abgas-Einführungsanschluss 141 und mit einem Abgas-Abgabeanschluss 142, eine Wasser-Einlassleitung 141 zum Einführen von Kühlwasser und eine Wasser-Auslassleitung 152 zum Abgeben des Kühlwassers, das einen Wärmeaustausch mit dem Abgas erfahren hat, auf.
Wie in Fig. 5 dargestellt ist, weist der Kernbereich des EGR-Kühlers 100 mehrere rechteckige, flache Abgasröhrchen 110 zur Bildung von Abgaskanälen 110a und mehrere rechteckige, flache Kühlwasserröhrchen 120 zur Bildung von Kühlwasserkanälen 120a auf. Die beiden Röhrchen 110, 120 sind abwechselnd miteinander in der Richtung des kleineren Durchmessers der Röhrchen (d. h. in der Richtung von oben nach unten bzw. von unten nach oben in Fig. 5) laminiert. Rostfreie innere Rippen 111 zur Vergrößerung der Fläche für die Berührung mit dem Abgas sind in dem Abgaskanälen 110a angeordnet, sodass der Wärmeaustausch zwischen dem Abgas und dem Kühlwasser erleichtert wird. Die inneren Rippen 111 sind versetzte Rippen, bei denen plattenförmige Segmente 112 etwa parallel zu der Richtung des kleineren Durchmessers der Abgasröhrchen 110 in der Längsrichtung der Abgasröhrchen 110 derart angeordnet sind, dass sie versetzt sind. Die versetzten Rippen sind beispielsweise in "Heat Exchanger Design Handbook" (veröffentlicht in Japan durch Engineering Science Book, Inc.) definiert. Die Segmente 112 der inneren Rippen 111 sind in Hinblick auf die Richtung des kleineren Durchmessers durch den Zug einer Walze oder einer Pressformmaschine etwas geneigt, wenn die inneren Rippen hergestellt werden.
Jedes der Röhrchen 110, 120 wird hergestellt, indem ein Paar dünne Laminierungsplatten 131, 132 mit vorbestimmten gepressten Gestaltungen verbunden wird. Nach dem mehrere Paare der Laminierungsplatten 131, 132 in der Richtung der Laminierung (d. h. der Richtung von oben nach unten bzw. von unten nach oben in Fig. 5) laminiert worden sind, werden die Laminierungsplatten 131, 132 mit den inneren Rippen 111 unter Verwendung eines vorbestimmten Lötmaterials verlötet. Daher sind, wie in Fig. 4 und 6 dargestellt ist, die Abgaskanäle 110a und die Kühlwasserkanäle 21a so ausgebildet, dass sie sich in einer Richtung parallel zu der Plattenlängsrichtung (d. h. in der Richtung von rechts nach links bzw. von links nach rechts in Fig. 4 und 6) erstrecken.
Die Laminierungsplatten 131, 132 werden im Wege des Pressformens von etwa rechteckigen, dünnen Platten zu vorbestimmten Gestalten erreicht. Eine erste vorstehende Wand 133, die in Richtung zu einer Seite in der Laminierungsrichtung LD der Laminierungsplatten 131, 132 vorsteht, ist einstückig bzw. zusammenhängend mit einem Ende der Laminierungsplatte 131 von dem Paar der Laminierungsplatten 131, 132 gebildet. Eine zweite vorstehende Wand 134, die in Richtung zu der anderen Seite in der Laminierungsrichtung LD vorsteht, ist einstückig bzw. zusammenhängend mit einem Ende der Laminierungsplatte 131 von dem Paar der Laminierungsplatten 131, 132 gebildet.
Die beiden vorstehenden Wände 133, 134 sind, um an ihren Flächen 133a, 134a verbunden zu sein, parallel zu der Laminierungsrichtung LD miteinander verlötet. Wie in Fig. 4 dargestellt ist, sind der Abgas-Einführungsanschluss 141 zum Einführen von Abgas in die Abgaskanäle 110a und der Abgas-Abgabeanschluss 142 zum Abgeben von Abgas aus den Abgaskanälen 110a in den vorstehenden Wänden 133, 134 gebildet. Daher tritt der Hauptströmung des Abgases durch die Abgasröhrchen 110 etwa linear von einem Ende aus in Richtung zu dem anderen Ende der Röhrchenlängsrichtung der Abgasröhrchen 110 hindurch.
Bei der ersten Ausführungsform bilden, wie in Fig. 5 dargestellt ist, die beiden vorstehenden Wände 133, 134 einen Behälterbereich 102 zu Unterbringung eines Kernbereichs 101, der die beiden Kanäle 110a, 120a aufweist.
Das Verbindungsstück 143, in dem der Abgas-Einführungsanschluss 141 und der Abgas-Abgabeanschluss 142 ausgebildet sind, ist mit der Abgas-Umwälzungsleitung 210 (äußere Leitung) verbunden. Wie in Fig. 7A, 7B dargestellt ist, weist das Verbindungsstück 143, das aus einem rostfreiem Material hergestellt ist, einen rechteckigen, ersten Flanschbereich 143a, der mit den beiden vorstehenden Wände in 133, 134 der Laminierungsplatten 131, 132 im Wege des Verlötens verbunden ist, und einen zweiten Flanschbereich 143b auf, der mit der Abgas-Umwälzungsleitung 210 unter Verwendung von Schrauben verbunden ist. Der zweite Flanschbereich 143b besitzt Schraubeneinsetzlöcher und ist zu einer etwa rautenförmigen Gestalt ausgebildet. An dem ersten Flanschbereich 143a ist ein vorstehender Bereich 143c zum Feststellen der Position des Verbindungsstücks 143 mit Bezug auf den Abgas-Einführungsanschluss 141 und den Abgas- Abgabeanschluss 142 ausgebildet.
Andererseits wird Kühlwasser in die Kühlwasserröhrchen 120 durch die Wasser- Einlassleitung 151 hindurch eingeführt, und wird das Kühlwasser, das einen Wärmeaustausch mit dem Abgas erfahren hat, von den Kühlwasserröhrchen 120 aus durch die Wasser-Auslassleitung 152 hindurch abgegeben. Wie in Fig. 8 dargestellt ist, stehen die Kühlwasser-Verbindungskanäle 120b in jedem Kühlwasserröhrchen 120 miteinander über Kühlwasser-Verbindungskanäle (Kühlwasserbehälter) 120b in Verbindung, die an den beiden in Längsrichtung liegenden Endseiten der Abgasröhrchen 110 ausgebildet sind. Die Kühlwasser- Verbindungskanäle 120b sind an diagonalen Positionen bei Betrachtung aus der Richtung des kleineren Durchmessers der Abgasröhrchen 110 gebildet. Die beiden Leitungen 151, 152 sind mit den Kühlwasser-Verbindungskanälen 120b zur Herstellung einer etwa linearen Verbindung verbunden.
Bei der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Kühlwasser- Einlassleitung 151 an einer Seite des Abgas-Abgabeanschlusses 142 vorgesehen, und ist die Kühlwasser-Auslassleitung 152 an einer Seite des Abgas- Einführungsanschlusses 141 vorgesehen, sodass die Strömung des Kühlwassers in dem Kühlwasserkanal 120a der Strömung des Abgases in dem Abgaskanal 110a entgegengesetzt ist.
Als Nächstes wird die Struktur der Ausbildung bzw. Anordnung der Segmente 112 der inneren Rippen 111 beschrieben. Bei der ersten Ausführungsform sind, wie in Fig. 8 dargestellt ist, die Segmente 112 in einer Neigungsrichtung SD (d. h. in der Plattenrichtung) mit Bezug auf die Längsrichtung der Abgasröhrchen 110 um einen vorbestimmten Winkel (beispielsweise 5-30º) in Richtung zu der Seite geneigt, die der die beiden Kühlwasser-Verbindungskanäle 120b verbindenden diagonalen Linie L1 gegenüberliegt. Wie in Fig. 8 dargestellt ist, strömt das Abgas in den Abgasröhrchen 110 hauptsächlich entlang der Linie L2 der Hauptströmung des Gases. Die Linie L2 der Hauptströmung des Gases ist eine Verbindungslinie, die den zentralen Punkt CP1 und den zentralen Punkt CP2 der Angasströmungsteile an den beiden längsseitigen Enden des Abgasröhrchens 110 verbindet. Das heißt, der zentrale Punkt CP1 ist das Zentrum eines Teils B1, der durch Subtraktion einer Abmessung C1 von der Abmessung A1 des größeren Durchmessers des Abgasröhrchens 110 erhalten wird, und der zentrale Punkt CP2 ist das Zentrum eines Teils B2, der durch Subtraktion einer Abmessung C2 von der Abmessung A2 des größeren Durchmessers des Abgasröhrchens 110 erhalten wird. Bei der ersten Ausführungsform sind die Segmente 112 so geneigt, dass die Neigungsrichtung SD der Segmente 112 etwa parallel zu der Linie L2 der Hauptströmung des Gases verläuft.
Auf diese Weise wird der Kreuzungswinkel zwischen der Neigungslinie in der Neigungsrichtung SD der Segmente 112 und der Hauptströmung des Abgases kleiner, und kann der Druckverlust des Abgases in dem Abgasröhrchen 110 reduziert werden. Entsprechend wird die Menge des durch die Abgasröhrchen 110 hindurch strömenden Abgases vergrößert, und wird das Wärmeaustauschvermögen des EGR-Kühlers 100 vergrößert. Weiter werden, weil die Neigungsrichtung SD der Segmente 112 nicht vollständig parallel zu der Hauptströmung des Abgases verläuft, dies sogar dann, während der Kreuzungswinkel zwischen der Neigungsrichtung der Segmente 112 und der Hauptströmung des Abgases kleiner wird, eine Gasströmung des Abgases, die direkt mit der Plattenoberfläche der Segmente 112 zusammentrifft, und eine Gasströmung des Abgases, die zwischen den Segmenten 112 auf unterschiedlichen Neigungslinien in der Neigungsrichtung kreuzend verläuft, erzeugt bzw. hervorgerufen.
Staub, der an den Segmenten 112 anhaftet, kann infolge der Abgasströmung, die direkt mit den Plattenoberflächen der Segmente 112 zusammentrifft, entfernt werden, und Staub, der sich an der unmittelbar stromabwärtigen Seite der Segmente 112 befindet, strömt zwangsweise in Richtung zu einer stromabwärtigen Seite infolge der Abgasströmung, die zwischen den Segmenten 112 auf unterschiedlichen Neigungslinie in der Neigungsrichtung kreuzend verläuft. Als Folge kann verhindert werden, dass Staub an den inneren Rippen 111 innerhalb der Abgasröhrchen 110 gesammelt wird.
Abgas, das durch die Verbrennung des Motors erzeugt wird, strömt ausschließlich infolge der Druckdifferenz zwischen der Abgas-Einlassseite und der Abgas-Auslassseite in dem EGR-Kühler 100 ohne Verwendung eines Pumpmittels. Daher wird, wenn der Druckverlust innerhalb des Abgasröhrchens 110 groß wird, die Strömung des Abgases schwierig, und wird das Wärmeaustauschvermögen des EGR-Kühlers herabgesetzt. Jedoch wird gemäß der vorliegenden Erfindung, weil die Neigungsrichtung SD der Segmente 112 etwa parallel zu der Linie L2 der Hauptströmung des Gases verläuft, der Druckverlust, der erzeugt wird, während das Abgas durch das Abgasröhrchen 110 strömt, kleiner.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben experimentell einen EGR-Kühler hergestellt, bei dem versetzte Rippen 111, die in Fig. 11B dargestellt sind, innerhalb eines Abgasröhrchens 110 angeordnet sind, wie in Fig. 11A dargestellt ist. Bei dem in Fig. 11A dargestellten Vergleichsbeispiel haftet, weil die Neigungsrichtung der Segmente 112 parallel zu der Röhrchen-Längsrichtung der Abgasröhrchen 110 verläuft, Staub, beispielsweise Kohlenstoff, der in dem Abgas enthalten ist, ohne weiteres an den Plattenoberflächen der Segmente 112 an. Weiter wird bei dem Vergleichsbeispiel, weil die Neigungsrichtung SD der Segmente 112 die Linie L2 der Hauptströmung des Gases unter einem großen Kreuzungswinkel kreuzt, der Druckverlust des Abgases in jedem Abgasröhrchen 110 größer.
Bei der oben beschriebenen ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind der Abgas-Einführungsanschluss 141 und der Abgas-Abgabeanschluss 142 in Richtung zu der Längsrichtung der Abgasröhrchen 110 hin offen, wie in Fig. 4 und 6 dargestellt ist. Jedoch können der Abgas-Einführungsanschluss 141 und der Abgas-Abgabeanschluss 142 in Richtung zu einer Richtung rechtwinklig zu der Längsrichtung der Abgasröhrchen 110 offen sein, wie in Fig. 10 dargestellt ist. Sogar in diesem Fall wird die gleiche Wirkung wie bei der ersten Ausführungsform erreicht.
Nachfolgend wird eine zweite bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf Fig. 12-17 überschrieben. Hierbei werden hauptsächlich die besonderen Gestaltungen der Segmente 112 der inneren Rippen 111 im Detail beschrieben. Bei der zweiten Ausführungsform sind die übrigen Teile gleich denjenigen der oben beschriebenen ersten Ausführungsform, und auf ihre Erläuterung wird verzichtet. Fig. 12 ist eine schematische Ansicht eines Abgasröhrchens mit der Darstellung der Anordnung bzw. Ausbildung der Segmente 112 (Rippe 111) gemäß der zweiten Ausführungsform. Fig. 13 ist eine Vorderansicht der Segmente 112 der zweiten Ausführungsform bei Betrachtung aus der Richtung des kleineren Durchmessers des Abgasröhrchen 111, und Fig. 14 ist eine schematische Ansicht der Rippe 111 ausschließlich unter Darstellung der Segmente 112, bei der die Neigung gegenüber der Richtung des kleineren Durchmessers des Röhrchens infolge der Gestaltung nicht berücksichtigt ist.
Bei der zweiten Ausführungsform ist, wie in Fig. 12-14 dargestellt ist, die Neigungsrichtung der Segmente 112 gegenüber der Längsrichtung des Abgasröhrchens 110 so eingestellt, dass sie um einen vorbestimmten Winkel θ gegenüber der diagonalen Linie L1, die die beiden Kühlwasser-Verbindungskanäle 120b verbindet, wie bei der ersten Ausführungsform geneigt ist. Bei der zweiten Ausführungsform ist der vorbestimmte Winkel θ auf 45º oder kleiner eingestellt. Bei der zweiten Ausführungsform ist die Anordnung der Segmente 112 von dem einen Ende zu dem anderen Ende in der Richtung des größeren Durchmessers (in der Richtung von oben nach unten bzw. von unten nach oben in Fig. 14) des Abgasröhrchens 110 als Reihe "j" bezeichnet, und ist die Anordnung der Segmente 112 von dem einen Ende zu dem anderen Ende in der Längsrichtung (in der Richtung von rechts nach links bzw. von links nach rechts in Fig. 14) des Abgasröhrchens 110 als Linie "i" bezeichnet. In diesem Fall ist ein Segment 112, das auf der i-Linie und in der j-Reihe angeordnet ist, in Richtung zu dem Zentrum irgendeines Segments 112 ausgenommen die Segmente 112 der i-Linie, die Segmente der j-Reihe und die Segmente 112 der (i+n)-Linie und der (j+n)- Reihe geneigt. Hierbei sind "i", "j" und "n" ganze Zahlen.
Insbesondere ist, wenn das auf der i-Linie und in der j-Reihe angeordnete Segment als Segment (i, j) bezeichnet wird, das Segment (1, 1) in Richtung zu dem Zentrum irgendeines der Segmente (2, 4), (2, 6), (3, 5), (3, 7), (4, 2), (4, 6) ausgenommen das Segment (3, 1) der ersten Reihe, die Segmente (1, 3), (1, 5), (1, 7) der ersten Reihe und die Segmente (2, 2), (3, 3), (4, 4), die auf der (i+n)- Linie und in der (j+n)-Reihe angeordnet sind. Bei der zweiten Ausführungsform ist das Segment (1, 1) in Richtung zu dem Zentrum des Segments (2, 4) geneigt, wie in Fig. 14 dargestellt ist. Daher ist, wie in Fig. 15 dargestellt ist, der Abstand zwischen einem stromaufwärtigen Segment 112 und einem stromabwärtigen Segment 112, die auf dergleichen Neigungslinie in der Neigungsrichtung angeordnet sind, im Vergleich zu einem Vergleichsbeispiel, bei dem die Segmente in einfacher Weise versetzt sind, wie in Fig. 17 dargestellt ist, größer.
Auf diese Weise erstreckt sich bei der zweiten Ausführungsform, wie in Fig. 15 dargestellt ist, eine Temperaturgrenzschicht (TBL), die an dem vorderen Umfang eines Segments 112 gebildet wird, nicht zu einem stromabwärtigen Segment 112 auf der gleichen Neigungslinie. Das heißt, es kann verhindert werden, dass die Temperaturgrenzschicht (TBL) entlang der gesamten Fläche des Abgasröhrchens 110 in der Längsrichtung des Röhrchens gebildet wird. Entsprechend kann der Prozentsatz der Wärmeübertragung zwischen den Rippen 111 und dem Abgas verbessert werden, und ist die Wärmeaustausch-Wirkung des EGR- Kühlers 100 weiter verbessert.
Weiter ist, weil die Segmente 112 gegenüber der Röhrchenlängsrichtung in Richtung zu einer der diagonalen Linie L1, die die beiden Kühlwasser-Verbindungselemente 120b verbindet, gegenüberliegenden Seite hin geneigt sind, der Kreuzungswinkel zwischen der Neigungsrichtung der Segmente 112 und der Hauptströmung des Abgases kleiner gemacht, dies in gleicher Weise wie bei der oben beschriebenen ersten Ausführungsform. Daher kann der Druckverlust in dem Abgasröhrchen 110 herabgesetzt werden.
Wenn die in Fig. 17 dargestellte versetzte Rippe gegenüber der Längsrichtung des Abgasröhrchens 110, wie in Fig. 16 dargestellt ist, einfach geneigt ist, ist der Abstand zwischen benachbarten Segmenten 112 auf der gleichen Neigungslinie in der Neigungsrichtung des Abgasröhrchens 110 kleiner, und kann die Temperaturgrenzschicht entlang der gesamten Fläche des Abgasröhrchens 110 gebildet sein. Daher kann der Prozentsatz der Wärmeübertragung zwischen den Rippen 111 und dem Abgas verschlechtert sein. Wenn die Anzahl der Segmente 112 zur Vergrößerung des Abstandes zwischen benachbarten Segmenten auf dergleichen Neigungslinie in der Neigungsrichtung in Fig. 16 einfach verkleinert wird, wird die gesamte Fläche der Wärmeübertragung der Rippen 111 verkleinert, und wird das Wärmeaustauschvermögen des EGR-Kühlers herabgesetzt.
Gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind mit Bezug auf die in Fig. 17 dargestellten einfachen versetzten Rippen die Segmente 112 gegenüber der in Fig. 17 dargestellten Anordnung geneigt, während die Positionen der Segmente 112 nicht verändert sind. Daher ist die gesamte Fläche der Wärmeleitung der Rippen 111 nicht eingeschränkt. Entsprechend ist bei der zweiten Ausführungsform das Wärmeaustauschvermögen des EGR-Kühlers 100 verbessert, während der Druckverlust und das Sammeln von Staub in innerhalb des Abgasröhrchens 110 verhindert sind.
Bei der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Segment 112 auf der i-Linie und in der j-Reihe in Richtung zu dem Zentrum irgendeines Segments 112 geneigt ausgenommen die Segmente 112 der i-Linie, die Segmente der j-Reihe und die Segmente 112 der (i+n)-Linie und der (j+n)-Reihe, während es gegenüber der Röhrchenlängsrichtung in Richtung zu der der diagonalen Linie L1 gegenüberliegenden Seite hin geneigt ist. Wenn die Segmente 112 so angeordnet sind, dass das Segment 112 auf der i-Linie und in der j-Reihe in Richtung zu dem Zentrum irgendeines Segments 112, ausgenommen die Segmente 112 auf der i-Linie, die Segmente in der j-Reihe und die Segmente 112 der (i+n)-Linie und der (j+n)-Reihe geneigt ist, können jedoch die Segmente 112 gegenüber der Röhrchenlängsrichtung in Richtung zu der der diagonalen Linie L1 gegenüberliegenden Seite hin geneigt sein. Sogar in diesem Fall ist, weil ein Segment 112 in Richtung zu einem anderen Segment 112, das von dem einen Segment 112 durch drei Reihen oder mehr als drei Reihen getrennt ist, geneigt ist, der Abstand zwischen dem stromaufwärtigen Segment 112 und dem stromabwärtigen Segment 112 auf der gleichen Neigungslinie in der Neigungsrichtung im Vergleich zu dem in Fig. 17 dargestellten Vergleichsbeispiel größer. Daher kann der Prozentsatz der Wärmeübertragung der inneren Rippen 111 mit dem Abgas vergrößert sein. Das heißt, bei der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Neigungsrichtung des Segments 112 gegenüber der Röhrchenlängsrichtung nach Belieben eingestellt werden.
Weiter kann die Neigung der Segmente 112 wie weiter unten beschrieben gewählt werden. Das heißt, die Segmente 112 können in einer solchen Weise angeordnet sein, dass ein Segment 112 von einem anderen Segment 112 auf der gleichen Neigungslinie in der Neigungsrichtung durch zwei Reihen oder mehr als zwei Reihen getrennt ist. In gleicher Weise wie bei der oben beschriebenen zweiten Ausführungsform ist der Abstand zwischen benachbarten Segmenten 112 auf der gleichen Neigungslinie in der Neigungsrichtung größer. Sogar in diesem Fall kann die Neigungsrichtung des Segments 112 gegenüber der Röhrchenlängsrichtung nach Belieben eingestellt werden.
Obwohl die vorliegende Erfindung in Verbindung mit ihren bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen vollständig beschrieben worden ist, ist zu beachten, dass zahlreiche Änderungen und Modifikationen für den Fachmann ersichtlich sein werden.
Beispielsweise kann die bei der ersten und der zweiten Ausführungsform beschriebene vorliegende Erfindung bei einem Wärmetauscher, der innerhalb eines Schalldämpfers angeordnet ist, zur Rückgewinnung von Wärmeenergie aus dem Abgas Anwendung finden, und kann die Erfindung bei einem Wärmetauscher für eine andere Verwendung Anwendung finden.
Diese Änderungen und Modifikationen sind als innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung gemäß deren Definition durch die beigefügten Ansprüchen liegend zu verstehen.

Claims

1. Wärmetauscher, umfassend:

ein Abgasrohr (110), durch das hindurch durch eine Verbrennung erzeugtes Abgas strömt,

eine Vielzahl von Kühlfluid-Röhrchen (120), durch die hindurch Kühlfluid zum Kühlen des Abgases strömt,

eine versetzte Rippe (111), die innerhalb des Abgasrohrs angeordnet ist,

dadurch gekennzeichnet, dass

das Abgasrohr eine flache Querschnittsgestalt aufweist, wobei die Kühlfluid- Röhrchen den beiden Enden des Abgasrohrs (110) in der Richtung des kleineren Durchmessers des Abgasrohrs benachbart angeordnet sind; und

wobei die versetzte Rippe eine Vielzahl von plattenförmigen Segmenten (112) aufweist, die etwa parallel zu der Richtung des kleineren Durchmessers verlaufen und in der Längsrichtung des Abgasrohrs (110) derart angeordnet sind, dass in der Längsrichtung benachbarte Segmente gegeneinander in der Richtung des größeren Durchmessers des Abgasrohrs versetzt sind,

wobei diese Segmente (112) in einer Neigungsrichtung (SD) bezogen auf die Längsrichtung geneigt bzw. schräg angeordnet sind.

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, weiter umfassend:

einen Kühlfluid-Behälter zur Ausbildung von zwei Kühlfluid-Verbindungskanälen (120b), durch die hindurch die Kühlfluid-Röhrchen (120) miteinander in Verbindung stehen, wobei die Kühlfluid-Verbindungskanäle an den beiden Stirnseiten des Abgasrohrs (110) in der Längsrichtung an diagonalen Positionen bei Betrachtung aus der Richtung des kleinen Durchmessers angeordnet sind, wobei die Segmente (112) bezogen auf die Längsrichtung in Richtung zu der einer diagonalen Linie (L1), die die Kühlfluid-Verbindungskanäle verbindet, gegenüberliegender Seite hin geneigt sind.

3. Wärmetauscher nach Anspruch 2, wobei die Neigungsrichtung (SD) der Segmente (112) etwa parallel zu der Hauptströmungslinie (L2) verläuft, die den zentralen Punkt (CP1) des einen Seitenendes des Abgasrohrs in der Längsrichtung und den zentralen Punkt (CP2) des anderen Seitenende des desselben verbindet, wobei das eine Seitenende und das andere Seitenende des Abgasrohrs (110) in der Längsrichtung Strömungsenden des Abgases sind, durch die hindurch das Abgas in das Abgasrohr eingeführt und von diesem aus abgegeben wird.

4. Wärmetauscher nach irgendeinem der Ansprüche 1-3, wobei: wenn eine Anordnung der Segmente (112) von einem Ende zum anderen Ende des Abgasrohrs (110) in der Richtung des größeren Durchmessers als eine Reihe bezeichnet wird und wenn eine Anordnung der Segmente (112) von einem Ende zum anderen Ende des Abgasrohrs in der Längsrichtung als eine Linie bezeichnet wird, ein Segment, das auf der i-Linie und in der j-Reihe angeordnet ist, in Richtung zu einem Segment ausgenommen die Segmente der i-Linie, der j-Reihe und die Segmente der (i+n)-Linie und der (j+n)-Reihe geneigt ist.

5. Wärmetauscher nach irgendeinem der Ansprüche 1-3, wobei: wenn eine Anordnung der Segmente (112) von einem Ende zum anderen Ende des Abgasrohrs (110) in der Richtung des größeren Durchmessers als eine Reihe bezeichnet wird, ein Segment von einem anderen Segment auf der gleichen Neigungslinie in der Neigungsrichtung durch zwei Reihen oder mehr als zwei Reihen getrennt ist.

6. Wärmetauscher nach irgendeinem der Ansprüche 1-5, wobei das Abgasrohrs (110) und die Kühlfluid-Röhrchen (120) durch Laminierung von mehreren Paaren von dünnen Platten in Richtung der Plattendicke gebildet sind, wobei jedes Paar der dünnen Platten eine vorbestimmte gepresste Gestalt aufweist.

7. Wärmetauscher nach irgendeinem der Ansprüche 1-6, wobei: das Abgas eines Verbrennungsmotors in das Abgasrohrs (110) einströmt und das Abgas, das einen Wärmeaustausch mit dem Kühlfluid erfahren hat, das durch die Kühlfluid-Röhrchen (120) strömt, zu der Einlassseite des Verbrennungsmotors zurückkehrt.

8. Wärmetauscher nach Anspruch 2, wobei:

die Segmente (112) mit Bezug auf die Längsrichtung um einen vorbestimmten Winkel (θ) geneigt sind; und der vorbestimmte Neigungswinkel (θ) im Bereich von 5-30º liegt.