DE10124383A1 - Abgas-Wärmetauscher - Google Patents
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Abstract
Wenn gemäß der vorliegenden Erfindung ein transparenter, dünner Film, beispielsweise ein Siliciumoxid-Glasfilm (SiO¶2¶-Glasfilm), dessen Hitzebeständigkeit hoch ist und der im Hinblick auf die Verhinderung des Anhaftens von Ruß von unverbranntem Kraftstoff und Kohlenstoff effektiv ist, an den Wärmeübertragungsflächen einer Vielzahl von Abgasweg-Röhrchen 7 des Abgas-Wärmetauschers 10 vorgesehen ist, der in der Mitte der Abgas-Rückführungsleitung der Abgas-Umwälzeinrichtung, die für einen Dieselmotor verwendet wird, angeschlossen ist, wird es schwierig, dass sich Ruß an den Wärmeübertragungsflächen der Vielzahl der Abgasweg-Röhrchen 7 und an der Innenfläche des Kerngehäuses 4 sammelt. Infolgedessen ist der Querschnittsbereich des Abgaswegs 5 nicht verkleinert. Daher kann eine Vergrößerung des Zugwiderstandes auf der Gasseite der Abgas-Umwälzeinrichtung, die für einen Dieselmotor verwendet wird, verhindert werden.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, der für eine Abgas-
Umwälzeinrichtung verwendet wird, beispielsweise für einen EGR-Gas-Kühler
zum Kühlen von umlaufendem Abgas im Wege des Wärmeaustauschs zwischen
dem umlaufenden Abgas für die Abgas-Umwälzeinrichtung und Kühlwasser
eines Verbrennungsmotors.
Die ungeprüfte japanische Patentanmeldung Nr. 9-310 995 schlägt einen Abgas-
Wärmetauscher vor, beispielsweise einen EGR-Gas-Kühler zum Kühlen von
umlaufendem Abgas (EGR-Gas), der für eine Abgas-Umwälzeinrichtung ver
wendet wird, in der ein Teil des Abgases eines Verbrennungsmotors aus einer
Abgasleitung entnommen und zu einer Ansaugleitung des Verbrennungsmotors
zurückgeführt wird, sodass der Teil des Abgases der in einen Zylinder einzu
saugenden Mischung hinzugefügt wird. Bei diesem Abgas-Wärmetauscher wird
Wärme wie nachfolgend angegeben ausgetauscht. In dem Abgas-Wärme
tauscher ist eine Vielzahl von Wärmeübertragungsröhrchen an einer Röhrchen
tafel angeordnet, die im Wege der Bildung einer Metallplatte hergestellt ist, die
an den beiden Endabschnitten der Innenwand eines Fassröhrchens befestigt ist.
Wärme wird zwischen Abgas, das in den Wärmeübertragungsröhrchen strömt,
und Kühlwasser, das außenseitig der Wärmeübertragungsröhrchen strömt,
ausgetauscht, sodass das Abgas gekühlt werden kann.
Bei diesem Abgas-Wärmetauscher besteht die Tendenz, dass sich Ruß (Parti
kel, die unverbrannten Kraftstoff und Kohlenstoff enthalten) an der Innenfläche
des Wärmeübertragungsröhrchens der Abgas-Umwälzeinrichtung sammelt, d. h.,
es besteht die Tendenz, dass sich Ruß an der Wärmeübertragungsfläche
sammelt. Wenn sich Ruß an der Wärmeübertragungsfläche sammelt, wird der
Abgasweg, der in dem Wärmeübertragungsröhrchen gebildet ist, geschlossen,
und wird der Abgasweg mit Ruß verstopft. Wenn der Querschnittsbereich des
Abgaswegs auf diese Weise verkleinert wird, wird der Zugwiderstand an der
Abgasseite der Abgas-Umwälzeinrichtung vergrößert. Daher wird die Strö
mungsrate des EGR-Gases herabgesetzt. Entsprechend wird es schwierig, die
notwendige Menge des EGR-Gases sicherzustellen.
Infolge des Verstopfens der Wärmeübertragungsfläche in dem Abgasweg des
Wärmeübertragungsröhrchens wird die Leistung des Wärmeaustauschs des
Abgas-Wärmetauschers verschlechtert. Um die oben angegebene Probleme zu
lösen, offenbart die ungeprüfte japanische Gebrauchsmusterveröffentlichung Nr. 1-144 692
ein Verfahren des periodischen Reinigens der Wärmeübertragungs
fläche des Wärmeübertragungsröhrchen des Wärmetauschers, der für die
Abgas-Wärmerückgewinnung verwendet wird, mit einer Waschlösung.
Wenn jedoch der Wärmetauscher, der für die Abgas-Wärmerückgewinnung
verwendet wird, von einem Fahrzeug entfernt und gewaschen wird, nimmt dies
Zeit in Anspruch, und ist dies kostspielig. Zur Verhinderung, dass ein Nieder
schlag, der erzeugt wird, wenn Kraftstoff verbrannt wird, an einer Fläche eines
Kraftstoff-Einspritzventils anhaftet, offenbart die ungeprüfte japanische Patent
veröffentlichung Nr. 11-311 168 ein Verfahren des Aufbringens einer durch eine
Reaktion fixierten Schicht einer chemischen Verbindung von Perfluorpolyether
als Überzug an der Fläche des Kraftstoff-Einspritzungsventils.
Es ist möglich, dieses Verfahren bei dem Wärmeübertragungsröhrchen des
Abgas-Wärmetauschers, beispielsweise eines EGR-Gas-Kühlers, anzuwenden,
jedoch ist es, weil die Hitzebeständigkeitstemperatur der durch eine Reaktion
fixierten Schicht einer chemischen Verbindung von Perfluorpolyether bei etwa
200°C liegt, nicht möglich, dieses Verfahren bei einem Wärmeübertragungs
röhrchen des Abgas-Wärmetauschers anzuwenden, in dem Abgas strömt,
dessen Temperatur auf höchstens 500°C erhöht ist.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Abgas-Wärmetauscher zu
schaffen, bei dem eine Vielzahl von Abgasweg-Röhrchen, deren Wärmeüber
tragungsflächen (innere Flächen) mit einem Überzugmaterial überzogen sind,
das in Hinblick auf die Verhinderung des Anhaftens von Ruß effektiv ist, über
einander geschichtet ist.
Unter einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Überzugmaterial, dessen
Hitzebeständigkeitstemperatur hoch ist und das zur Verhinderung des Anhaftens
von Ruß wirksam ist, an der Innenfläche eines Abgaswegs mindestens eines
Abgasweg-Röhrchens einer Vielzahl von Abgasweg-Röhrchen eines Abgas-
Wärmetauschers als Überzug aufgebracht. Infolgedessen ist es schwierig, dass
sich Ruß an der Innenfläche des Abgaswegs des Abgasweg-Röhrchens sam
melt, das in der Abgas-Umwälzeinrichtung verwendet wird. Daher ist es möglich,
das Auftreten einer Verstopfung des Abgaswegs in dem Abgasweg-Röhrchen zu
vermeiden, das für die Abgas-Umwälzeinrichtung verwendet wird. Entsprechend
wird der Querschnitt des Abgaswegs nicht verkleinert, und kann eine Erhöhung
des Zugwiderstandes an der Abgasseite der Abgas-Umwälzeinrichtung vermie
den werden. Folglich ist es möglich, die Abnahme der Strömungsrate des
umlaufenden Abgases zu verhindern.
Unter einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Film aus Siliciumoxid-Glas
(SiO2-Glas), dessen Filmdicke einige Micron bis einige Zig Micron misst, an einer
Wärmeübertragungsfläche von rostfreiem Stahl ausgebildet, der zu dem Profil
der Teile geformt ist. Da Siliciumoxid (SiO2) selbst Glas ist und unbrennbar ist,
kann es nicht verbrannt werden, wenn es in einer Umgebung verwendet wird,
deren Temperatur bei etwa 500°C liegt. Daher kann Siliciumoxid-Glas in stabiler
Weise verwendet werden, und kann fortlaufend verhindert werden, das Ruß an
der Innenfläche des Abgaswegs des Abgasweg-Röhrchens anhaftet.
Unter einem dritten Aspekt der Erfindung werden, wenn die Innenflächen der
Abgaswege einer Vielzahl von Abgasweg-Röhrchen in einer Behandlungslösung
von SiO2 eingetaucht werden, Siliciumoxid-Glasfilme (SiO2-Glasfilme) an den
Innenflächen der Vielzahl der Abgasweg-Röhrchen gebildet, sodass die Her
stellungskosten herabgesetzt werden können. Unter einem vierten Aspekt der
Erfindung sind Wärmeübertragungsrippen zur Erleichterung des Wärme
austauschs zwischen Abgas und Flüssigkeit eines Verbrennungsmotors zwi
schen zwei Abgasweg-Röhrchen angeordnet, die einander benachbart sind.
Die vorliegende Erfindung ist aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter
Ausführungsformen der Erfindung bei gemeinsamer Betrachtung mit den
beigefügten Zeichnungen vollständiger zu verstehen.
In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 eine Ansicht mit der Darstellung eines Modells einer Abgas-
Umwälzeinrichtung zur Verwendung bei einem Verbrennungs
motor, und zwar mit einem Abgas-Wärmetauscher;
Fig. 2 eine Ansicht mit der Darstellung des Aussehens eines Abgas-
Wärmetauscher;
Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie A-A in Fig. 2;
Fig. 4 einen Schnitt entlang der Linie B-B in Fig. 2; und
Fig. 5 einen Schnitt entlang der Linie C-C in Fig. 2.
Unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen wird nachfolgend eine
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert. In diesem Fall ist Fig. 1
eine Ansicht mit der Darstellung einer Abgas-Umwälzeinrichtung zur Verwen
dung bei einem Verbrennungsmotor.
Bei einem Verbrennungsmotor (nachfolgend bezeichnet als Motor), beispiels
weise einem Dieselmotor, der in einem Fahrzeug, beispielsweise in einem
Automobil, eingebaut ist, ist eine Abgas-Umwälzeinrichtung 15 zur Verwendung
bei dem Verbrennungsmotor vorgesehen, die wie nachfolgend angegeben
arbeitet. Ein Teil des Abgases wird von der Abgasleitung 13 aus entnommen und
zu der Ansaugleitung 12 des Motors 11 zurückgeführt, d. h., dieser Teil des
Abgases wird in eine in den Zylinder 14 einzusaugende Mischung zusätzlich
eingeführt. In diesem Zusammenhang sind in dem Zylinderkopf des Motors 11
ein Ansatzventil 16 zum Öffnen und Schließen eines Ansauganschlusses und
ein Auslassventil 17 zum Öffnen und Schließen eines Auslassanschlusses
vorgesehen. In dem Zylinder 14 ist ein mit einer Kurbelwelle verbundener Kolben
19 verschiebbar vorgesehen.
Die Abgas-Umwälzeinrichtung 15 zur Verwendung bei dem Verbrennungsmotor
ist eine Abgas-Rückführungseinrichtung, die aufweist: Abgas-Rückführungs
leitungen 21 bis 23 zum Führen von umlaufendem Abgas (EGR-Gas); ein
Abgas-Umwälz-Regelventil (nachfolgend bezeichnet als EGR-Ventil) 24 zum
Einstellen der Strömungsrate des EGR-Gases gemäß dem Betriebzustand des
Motors 11; und ein Wärmetauscher, der für eine Abgas-Umwälzeinrichtung der
Gattung mit einer Wasserkühlung (nachfolgend bezeichnet als Abgas-Wärme
tauscher) 10 verwendet wird.
Bei der obigen Struktur weist das EGR-Ventil 24 auf: ein Ventilgehäuse 20, das
zwischen den Abgas-Rückführungsleitungen 22, 23 angeordnet ist; und einen
Ventilkörper (Ventil) 26 zum Öffnen und Schließen des Ventillochs 25, das in
dem Ventilgehäuse 20 ausgebildet ist. In dem EGR-Ventil 24 ist die Welle 27, an
deren vorderen Ende der Ventilkörper 26 befestigt ist, mit der Membran 28
verbunden. An der einen Endseite der Membran 28 ist eine Unterdruckkammer
29 vorgesehen, in die Unterdruck eingeführt wird, und an der anderen Endseite
der Membran 28 ist eine atmosphärische Kammer 30 vorgesehen, in die atmo
sphärische Luft eingeführt wird.
Als Nächstes wird unter Bezugnahme auf Fig. 1 bis 5 die Struktur des Abgas-
Wärmetauschers 10 dieser Ausführungsform nachfolgend kurz erläutert. Dieser
Abgas-Wärmetauscher 10 ist ein EGR-Gas-Kühler zum Kühlen von EGR-Gas im
Wege des Wärmeaustauschs zwischen Kühlwasser des Motors 11 und EGR-
Gas. Der Abgas-Wärmetauscher 10 weist auf: einen Wärmeaustauschkern 3 mit
laminierten Platten, der aus einer Vielzahl von miteinander in der Dickenrichtung
miteinander laminierten und einstückig verlöteten Platten besteht; und ein
Kerngehäuse 4 zur Unterbringung dieses Wärmeaustauschkerns 3.
In dem Wärmeaustauschkern 3 ist eine Vielzahl von ersten Formplatten 1 und
zweiten Formplatten 2, die zu vorbestimmten Profilen im Wege des Press
formens ausgebildet sind, in der Wanddickenrichtung laminiert. Infolge der
obigen Struktur sind die Abgaswege 5, in denen EGR-Gas strömt, und die
Kühlwasserwege 6, in denen Kühlwasser des Motors 11 strömt, in Laminierungs
richtung abwechselnd angeordnet.
In diesem Zusammenhang ist der Abgasweg 5 in dem Abgasweg-Röhrchen 7
ausgebildet, das in solcher Weise aufgebaut ist, dass die erste Formplatte 1,
deren untere Endfläche in Fig. 3 und 4 vorsteht, und die zweite Formplatte 2,
deren obere Endfläche in Fig. 3 und 4 vorsteht, in der Wanddickenrichtung
aufeinander gelegt sind und mindestens der in der Zeichnung vordere End
abschnitt und der in der Zeichnung hintere Endabschnitt im Wege des Verlötens
miteinander verbunden sind. Das heißt, der Abgaswegs 5 ist zwischen einem
Paar aus erster Formplatte 1 und zweiter Formplatte 2 gebildet, die einander in
der in der Zeichnung vertikalen Richtung (Wanddickenrichtung) benachbart sind.
In dem Abgasweg-Röhrchen 7 sind Innenrippen (die den Wärmeübertragungs
rippen der vorliegenden Erfindung entsprechen) 8 zur Erleichterung des Wärme
austauschs zwischen dem EGR-Gas und dem Kühlwasser durch Vergrößerung
des Berührungsbereichs mit dem EGR-Gas vorgesehen. Diese Innenrippen 8
sind Wärmeübertragungsrippen der versetzten Art, die in einer Richtung recht
winklig zu der Strömungsrichtung des EGR-Gases gegeneinander verschoben
sind, sodass das Wachstum der Temperatur-Grenzschicht des EGR-Gases in
jedem Abgasweg 5 unterdrückt bzw. vermieden werden kann. In diesem
Zusammenhang steht die stromaufwärtige Seite der Vielzahl der Abgaswege 5
mit dem Einführungsbehälterabschnitt 31 in Verbindung, der zwischen dem
Wärmeaustauschkern 3 und dem Kerngehäuse 4 ausgebildet ist.
In diesem Zusammenhang ist der Kühlwasserweg 6 in dem Kühlwasserweg-
Röhrchen 9 gebildet, das in solcher Weise aufgebaut ist, dass die zweite
Formplatte 2, deren untere Endfläche in Fig. 3 und 4 ausgespart ist, und die
erste Formplatte 1, deren obere Endfläche in Fig. 3 und 4 ausgespart ist, in der
Wanddickenrichtung aufeinander gelegt sind, und mindestens der rechte
Endabschnitt (Verbindungsabschnitt) 33 und der linke Endabschnitt (Ver
bindungsabschnitt) 34 in der Zeichnung im Wege des Verlötens miteinander
verbunden sind (bei diesem Beispiel sind der in der Zeichnung vordere End
abschnitt und der in der Zeichnung hintere Endabschnitt miteinander im Wege
des Verlötens verbunden). Das heißt, der Kühlwasserweg 6 ist zwischen einem
Paar aus einer zweiten Formplatte 2 und einer ersten Formplatte 1, die einander
in der in der Zeichnung vertikalen Richtung (der Wanddickenrichtung) benach
bart sind, gebildet.
In dem Kühlwasserweg-Röhrchen 9 ist eine Vielzahl von Rippenabschnitten 35;
36 an gegenüberliegenden Flächen der zweiten Formplatte 2 und der ersten
Frontplatte 1 einstückig ausgebildet. Diese Rippenabschnitte 35, 36 haben die
Funktion des Erleichterung des Wärmeaustauschs zwischen dem EGR-Gas und
dem Kühlwasser durch Vergrößerung des Berührungsbereichs mit dem Kühl
wasser. Weiter haben diese Rippenbereiche 35, 36 die Funktion der Verklei
nerung eines Bereichs in dem Kühlwasserweg 6, wo Kühlwasser steht. Weiter
haben diese Rippenabschnitte 35, 36 die Funktion zu verhindern, dass die erste
Frontplatte 1 und die zweite Frontplatte 2 durch eine Last deformiert werden, die
auf die Formplatten einwirkt, wenn der Wärmeaustauschkern 3 vorübergehend
verlötet wird. Infolge der obigen Funktion kann verhindert werden, dass der
Kühlwasserweg 6 geschlossen ist. In diesem Zusammenhang sind an den
beiden Endabschnitten der Kühlwasserweg-Röhrchen 9 ein einlassseitiger
Behälterabschnitt (nicht dargestellt) und ein auslassseitiger Behälterabschnitt 38
vorgesehen, die mit den Endabschnitten der Vielzahl der Kühlwasserwege 6 in
Verbindung stehen.
Das Kerngehäuse 4 weist auf: einen Kernbehälter 41, dessen Profil zu einer
Behältergestalt zur Unterbringung des Wärmeaustauschkerns 3 ausgebildet ist;
und eine Kernkappe 42 zum Schließen des Öffnungsbereichs dieses Kern
behälters 41. Nachdem der äußere, umfangsseitige Endabschnitt der Kernkappe
42 mit dem Öffnungsendabschnitt des Kernbehälters 41 in Berührung bzw. zum
Eingriff gebracht ist, wird er verlötet.
In dem rechten Seitenwandabschnitt des Kernbehälters 41 ist ein EGR-Gas-
Einlass 51 vorgesehen, der mit dem Einlass-Behälterabschnitt 31 verbunden ist,
der mit einer Vielzahl von Abgaswegen 5 in Verbindung steht. Der EGR-Gas-
Einlass 51 ist mit dem Abgas-Einführungs-Verbindungsabschnitt 52 zum Ein
führen von EGR-Gas in den Kernbehälter 41 verbunden. In dem linken Seiten
wandabschnitt des Kernbehälters 51 ist ein EGR-Gas-Auslass 51 vorgesehen,
der mit dem Auslass-Behälterabschnitt 32 verbunden ist, der mit einer Vielzahl
von Abgaswegen 5 in Verbindung steht. Der EGR-Gas-Auslass 53 ist mit dem
Abgas-Abführung-Verbindungsabschnitt 54 zum Abführen des EGR-Gases von
dem Kernbehälter 41 aus verbunden, das den Wärmeaustausch mit Kühlwasser
abgeschlossen hat. In diesem Zusammenhang ist der Abgas-Einführungs-
Verbindungsabschnitt 52 mit der Abgas-Rückführungsleitung 21 verbunden, und
ist der Abgas-Abführungs-Verbindungsabschnitt 54 mit der Abgas-Rück
führungsleitung 22 verbunden. Beide sind zu einer im Wesentlichen ringförmigen
Gestalt, hergestellt aus Eisen, ausgebildet, deren Fläche mit Nickel plattiert bzw.
überzogen ist. In der in diesem Zusammenhang müssen die Flächen des Abgas-
Einführungs-Verbindungsabschnitts 52 und des Abgas-Abführungs-Ver
bindungsabschnitts 54 nicht plattiert sein.
In dem Deckenwand-Abschnitt an der oberen Endseite des Kernbehälters 41 ist
ein Kühlwasser-Einlass 55a vorgesehen, der mit dem einlassseitigen Behälter
abschnitt verbunden, der mit einer Vielzahl von Kühlwasserwegen 6 in Ver
bindung steht. Der Kühlwasser-Einlass 55a ist mit der Kühlwasser-Einführungs
leitung 55, der Profilen im Wesentlichen eine kreisförmige Leitung bzw. ein
solches Rohr ist, zum Einführen von Kühlwasser in den Wärmeaustauschkern 3
verbunden. In der Kernkappe 42 ist ein Kühlwasser-Abführungsanschluss 57a
vorgesehen, der mit dem auslassseitigen Behälterabschnitt 38 verbunden ist, der
mit einer Vielzahl von Kühlwasserwegen 6 in Verbindung steht. Die Kernkappe
42 ist mit der Kühlwasser-Abführungsleitung 57, deren Profil im Wesentlichen
kreisförmig ist, zum Abführen von Kühlwasser von den Kern 3 aus verbunden,
das den Wärmeaustausch mit EGR-Gas abgeschlossen hat. In diesem Zusam
menhang sind diese Kühlwasser-Einführungsleitung 55 und Kühlwasser-Abfüh
rungsleitung 57 aus rostfreiem Stahl hergestellt, dessen Korrosionsbeständigkeit
hoch ist.
Bei dieser Ausführungsform sind die Wärmeübertragungsflächen oder Innen
flächen der ersten Formplatte 1, der zweiten Formplatte 2, der Innenrippe 8, des
Kernbehälters 41 und der Kernkappe 42 dem EGR-Gas ausgesetzt, dessen
Temperatur nicht niedriger als 400°C ist und das Sulfid, Salpetersäure, Schwe
felsäure, Ammoniumionen und Essigsäure enthält. Daher sind die aus einer
metallischen Tafel aufgebaut, wie aus rostfreiem Stall hergestellt ist, dessen
Korrosionsbeständigkeit hoch ist. Die Verbindungsabschnitte dieser ersten
Formplatte 1, dieser zweiten Formplatte 2, der Innenrippe 8, des Kernbehälter 41
und der Kernkappe 42 sind im Wege des Verlötens verbunden, wobei ein
Lötmaterial, hergestellt aus Kupfer oder einer Nickellegierung, verwendet wird.
Die Wärmeübertragungsflächen der Vielzahl von Abgasweg-Röhrchen 7 (einem
Paar aus einer ersten Formplatte 1 und einer zweiten Formplatte 2) und die
Innenwandflächen des Heizkerns 41, der Kernkappe 42, des Abgas-Einfüh
rungs-Verbindungsabschnitts 52 und des Abgas-Abführungs-Verbindungs
abschnitts 54 sind mit Siliciumoxid-Glasfilmen (SiO2-Glasfilmen) (transparentem,
dünnen Filmüberzugmaterial) beschichtet, bzw. überzogen, dessen Hitze
beständigkeit hoch ist und dessen Verhinderungswirkung für das Anhaften von
Ruß hoch ist. In diesem Zusammenhang misst die Wanddicke der ersten
Formplatte 1 und der zweiten Formplatte 2 0,4 mm, misst die Wanddicke der
Innenrippen 8 0,2 mm, misst die Wand Dicke des Kernbehälter 41 und der
Kernkappe 42 1,5 bis 2,0 mm, und misst die Filmdicke des SiO2-Glasfilms einige
Micron bis einige Zig Micron.
Als Nächstes folgt unter Bezugnahme auf Fig. 1 bis 5 eine kurze Erläuterung
eines Verfahren zur Herstellung des Abgas-Wärmetauschers dieser Ausfüh
rungsform.
Wie in Fig. 3 bis 5 dargestellt ist, werden die erste Formplatte 1, die zweite
Formplatte 3 und die Innenrippen 8 aufeinanderfolgend, in der Zeichnung
gesehen nach oben, laminiert, sodass der Wärmeaustauschkern 3 vorüber
gehend in die Kernkappe 42 eingebaut ist. Dann wird der Kernbehälter 41 an
dem Wärmeaustauschkern 3, in der Zeichnung gesehen von der oberen Seite
aus, in solcher Weise angebracht, dass der Kernbehälter 41 den Wärme
austauschkern 3 bedeckt. Gleichzeitig wird der Kernbehälter 41 mit einer
Spanneinrichtung, in der Zeichnung gesehen von der oberen Seite aus, zusam
mengedrückt, sodass die Kernkappe 42, der Wärmeaustauschkern 3 und der
Kernbehälter 41 vorübergehend fixiert sind.
Als Nächstes wird der Abgas-Einführungs-Verbindungsabschnitt 52 vorüberge
hend in den rechten Seitenwandabschnitt des Kernbehälters 41 eingesetzt, und
wird der Abgas-Abführung-Verbindungsabschnitt 54 vorübergehend in den linken
Seitenwandabschnitt des Kernbehälters 41 eingesetzt. Als Nächstes wird die
Kühlwasser-Einführungsleitung 55 vorübergehend in den Deckenwand-Abschnitt
der oberen Endseite des Kernbehälters 41 eingesetzt, und wird die Kühlwasser-
Abführungsleitung 57 vorübergehend in die Kernkappe 42 eingesetzt. Alternativ
kann der vorübergehende Zusammenbau wie folgt durchgeführt werden. Die
Kühlwasserleitung 57 und die Kernkappe 42 werden miteinander verstemmt, und
die Kühlwasser-Einführungsleitung 55 und der Kernbehälter 41 werden mitein
ander verstemmt. Hiernach wird der Wärmeaustauschkern 3 an der Kernkappe
42 angebracht, sodass der Kernbehälter 41 diesen abdeckt. Auf diese Weise
wird der vorübergehende Zusammenbau abgeschlossen.
Hiernach wird unter der Bedingung, dass ein Lötmaterial, beispielsweise Kupfer
oder eine Nickellegierung, in den Verbindungsabschnitten der ersten Formplatte
1, der zweiten Formplatte 3, der Innenrippen 8, des Kernbehälters 41 und der
Kernkappe 42 eingebracht ist, das Lötmaterial erhitzt und geschmolzen, und
zwar in einem Heizofen, beispielsweise in einem Vakuum-Heizofen, bei Tempe
raturen höher als der Schmelzpunkt des Lötmaterials. Auf diese Weise werden
der Wärmeaustauschkern 3, in dem eine Vielzahl der ersten Formplatten 1 und
der zweiten Formplatten 2 laminiert ist, und das Kerngehäuse 4 einstückig
miteinander verlötet. Infolgedessen ist ein Abgas-Wärmetauscher 10, dessen
Korrosionsbeständigkeit ausgezeichnet ist, hergestellt.
Das Innere des Abgas-Wärmetauschers 10, der auf diese Weise einstückig
verlötet wird, wird in die Behandlungslösung von SiO2 eingetaucht, d. h. die
Innenwandfläche des Kerngehäuses 4 und die Wärmeübertragungsfläche der
Vielzahl von Abgas-Strömungsweg-Röhrchen 7 (die zwischen einem Paar aus
erster Formplatte 1 und zweiter Formplatte 2 vorgesehen sind) des Wärme
austauschkerns 3 werden in die Behandlungslösung von SiO2 eingetaucht. In
diesem Fall wird es zur Ausbreitung der Behandlungslösung SiO2 über die
gesamten Flächen der Rippen, deren Profile kompliziert sind, bevorzugt, dass
das Innere des Abgas-Wärmetauschers 10 mittels einer Vakuumpumpe dekom
primiert wird, um so den Druck auf einen Vakuumzustand herabzusetzen,
dessen Druck niedriger als der atmosphärische Druck ist, und wird dann die
Behandlungslösung von SiO2 eingespritzt. Danach wird die redundante
Behandlungslösung von SiO2, die in dem Abgas-Wärmetauscher 10 vorhanden
ist, entfernt, und wird der Abgas-Wärmetauscher 10 getrocknet.
Infolgedessen werden die Wärmeübertragungsfläche der Vielzahl der Abgas-
Strömungsweg-Röhrchen 7 und die Innenwandflächen des Kernbehälters 41,
der Kernkappe 42, des Abgas-Einführungs-Verbindungsabschnitts 52 und des
Abgas-Abführung-Verbindungsabschnitts 54 mit dünnen Filmen aus Sili
ciumoxid-Glas (SiO2-Glas) überzogen. In diesem Fall können verschiedene
Arten der Behandlungslösung von SiO2 vorgesehen werden. Es ist allgemeine
Praxis, eine Behandlungslösung von SiO2 zu verwenden, die ein haupt
sächliches Mittel, ein Härtungsmittel, ein Lösungsmittel und ein Additiv enthält.
Obwohl es von der Zusammensetzung abhängt, können verschiedene Arten der
Behandlungslösung bei üblicher Temperatur getrocknet werden. Wenn jedoch
die Trocknungstemperatur erhöht wird, kann die Trocknungszeit verkürzt
werden, sodass die Arbeitszeit verkürzt werden kann. Bei dieser Ausführungs
form wird das Trocknen unter der Bedingung von 150°C bei 30 Minuten durch
geführt.
Nachfolgend werden in die Eigenschaften dieser Ausführungsform erläutert. Wie
oben beschrieben worden ist, sind bei der Abgas-Umwälzeinrichtung 15 dieser
Ausführungsform für die Verwendung bei einem Verbrennungsmotor die
Wärmeübertragungsfläche des Abgaswegs 5, der in der Vielzahl von Abgasweg-
Röhrchen 7 des Abgas-Wärmetauschers 10 gebildet ist, und die Innenflächen
des Kernbehälters 41 und der Kernkappe 42 mit einem Überzugmaterial über
zogen, dessen Hitzebeständigkeitstemperatur nicht unter 500°C liegt und das
eine ausgezeichnete Eigenschaft in Hinblick auf die Verhinderung des Anhaftens
von Ruß besitzt. Infolgedessen ist es möglich, den Berührungswinkel, der
zwischen Ruß und der Wärmeübertragungsfläche des Abgaswegs 5 gebildet ist,
der in dem Abgasweg-Röhrchen 7 des Abgas-Wärmetauschers 10 gebildet ist,
zu vergrößern, oder ist es auch möglich, den Berührungswinkel, der zwischen
Ruß und den Innenflächen des Kernbehälters 41 und der Kernkappe 42 gebildet
ist, zu vergrößern, während die Abgas-Umwälzeinrichtung 15 zur Verwendung
bei einem Verbrennungsmotor verwendet wird.
Infolgedessen wird es schwierig, dass sich Ruß an der Wärmeübertragungs
fläche des Abgaswegs 5 und den Innenflächen des Kernbehälters 41 und der
Kernkappe 42 sammelt. Dementsprechend kann das Auftreten einer Verstopfung
des Abgaswegs 5 vermieden werden. Auf diese Weise ist es möglich zu ver
hindern, dass sich der Querschnitt des Abgaswegs 5 verkleinert. Daher kann
eine Vergrößerung des Zugwiderstandes auf der Gasseite der Abgas-Rück
führungsleitung 21 bis 23 der Abgas-Umwälzeinrichtung 15 zur Verwendung bei
einem Verbrennungsmotor vermieden werden. Dementsprechend ist es möglich,
eine Verkleinerung der Strömungsrate des EGR-Gases zu verhindern. Dem
entsprechend ist es möglich, die notwendige Menge des EGR-Gases zu
gewährleisten.
An den Wärmeübertragungsflächen der ersten Formplatte 1 und der zweiten
Formplatte 2, hergestellt aus rostfreiem Stahl, die zu den Profilen von Teilen
ausgebildet sind, werden Siliciumoxid-Glasfilme (SiO2-Glasfilme) ausgebildet,
deren Dicke einige Micron bis einige Zig Micron misst. Da Siliciumoxid (SiO2)
selbst Glas und unbrennbar ist, kann es nicht verbrannt werden, wenn es in
einer Umgebung verwendet wird, deren Temperatur etwa 500°C misst. Daher
kann Siliciumoxid-Glas in stabiler Weise verwendet werden, und kann fortlaufend
verhindert werden, dass Ruß an der Innenfläche des Abgasweg-Röhrchen 7
anhaftet.
Weiter ist die Säurebeständigkeit von SiO2-Glasfilmen ausgezeichnet. Daher
werden SiO2-Glasfilme durch das Abgas mit hoher Temperatur und Abgas-
Kondenswasser (stark saures Wasser) nicht korrodiert. Daher kann eine weitere
Wirkung geschaffen werden, bei der eine innere Korrosion des Abgas-Wärme
tauschers 10 verhindert wird, weil die innere Korrosion der Vielzahl der Abgas
weg-Röhrchen 7 verhindert werden kann.
Bei einer weiteren Ausführungsform findet ein Abgas-Wärmetauscher 10
Anwendung, der einen Wärmeaustauschkern 3 aufweist, bei dem die Abgasweg-
Röhrchen 7, die aus einem Paar einer ersten Formplatte 1 und einer zweiten
Formplatte 2 bestehen, und die Innenrippen 8 abwechselnd laminiert sind.
Alternativ ist es möglich, einen Abgas-Wärmetauscher mit einem Wärme
austauschkern zur Anwendung zubringen, bei dem die Abgasweg-Röhrchen, die
im Wege einer Extrusion oder des Ziehens einstückig gebildet sind, und die
Wärmeübertragungsrippen abwechselnd laminiert sind.
Bei dieser Ausführungsform findet die vorliegende Erfindung Anwendung bei
einem Abgas-Wärmetauscher 10, der zwischen den Abgas-Rückführungs
leitungen 21, 22 der Abgas-Umwälzeinrichtung, die zur Verwendung bei einem
Verbrennungsmotor bestimmt ist, angeschlossen ist, bei dem ein Teil des
Abgases in der Abgasleitung 13 des Motors 11 zu der Ansaugleitung 12 zurück
geführt wird. Jedoch ist es möglich, die vorliegende Erfindung bei einem anderen
Abgas-Wärmetauscher, beispielsweise bei einer Abgaswärme-Rück
gewinnungseinrichtung, die in einem Schalldämpfer angeordnet ist, zur Rück
gewinnung der Wärmeenergie eines Abgases anzuwenden.
Zwar ist die Erfindung unter Bezugnahme auf zu Erläuterungszwecken aus
gewählte besondere Ausführungsformen beschrieben worden, jedoch ist ersicht
lich, dass zahlreiche Modifikationen durch den Fachmann durchgeführt werden
können, ohne das Grundkonzept und den Umfang der Erfindung zu verfassen.
Claims (4)
1. Abgas-Wärmetauscher umfassend eine Vielzahl von Abgasweg-Röhrchen,
in denen ein Abgasweg gebildet ist, wobei Wärme zwischen dem Abgas eines
Verbrennungsmotors, das in den Abgasweg-Röhrchen strömt, und einem Fluid
ausgetauscht wird, das außenseitig der Vielzahl der Abgasweg-Röhrchen strömt,
und ein Überzugmaterial, dessen Hitzebeständigkeit hoch ist und das in Hinblick
auf die Verhinderung des Anhaftens von Ruß effektiv ist, auf der Innenfläche
eines Abgaswegs mindestens eines der Vielzahl von Abgasweg-Röhrchen als
Überzug aufgebracht ist.
2. Abgas-Wärmetauscher nach Anspruch 1, wobei die Vielzahl der Abgasweg-
Röhrchen aus rostfreiem Stahl hergestellt ist, die zu den Profilen von Teilen im
Wege des Pressformens ausgebildet sind, und das Überzugmaterial ein Sili
ciumoxid-Glasfilm ist, dessen Filmdicke einige Micron bis einige Zig Micron misst
und der an der Wärmeübertragungsfläche des rostfreiem Stahls ausgebildet ist.
3. Abgas-Wärmetauscher nach Anspruch 2, wobei der Siliciumoxid-Glasfilm
ausgebildet wird, wenn die Innenfläche des Abgaswegs des Abgasweg-Röhr
chens in eine Behandlungslösung von SiO2 eingetaucht wird.
4. Abgas-Wärmetauscher nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, wobei
Wärmeübertragungsrippen zur Erleichterung des Wärmeaustauschs zwischen
Abgas und einem Fluid eines Verbrennungsmotors zwischen zwei einander
benachbarten Abgasweg-Röhrchen angeordnet sind.
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