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TECHNISCHES GEBIET
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Wärmetauscherrohr in einem sogenannten
Schalen- und Rohr-Typ-Abgaskühlsystem.
Genauer bezieht sie sich auf ein Wärmetauscherrohr, welches ein
Heizrohr ist, das eine ebene bzw. flache Querschnittsform aufweist,
welche in mehreren Anzahlen in einem Wärmetauscher angeordnet ist,
um einen Abgasfluß-
bzw. -strömungspfad
auszubilden, eine gewellte Finnen- bzw. Rippenstruktur an der Innenumfangsoberfläche des
Heizrohrs inkorporiert bzw. aufnimmt, um die Wärmetauscherleistung zu erhöhen, und
effizient einen Wärmeaustausch
mit einem Kühlmedium
fördert
bzw. unterstützt,
das an der Außenseite
des Heizrohrs fließt
bzw. strömt,
was durch ein Fließen
bzw. Strömen
eines Hochtemperaturabgases in dem Abgasflußpfad in dem Heizrohr erreicht wird,
indem eine einzigartige Verbesserung an der gewellten Rippenstruktur
ausgebildet wird, um ein Gleichgewicht bzw. einen Ausgleich zwischen
der Wärmeübergangs-
bzw. -transferleistung, die durch die gewellte Rippenstruktur gebracht
wird, und dem Druckverlust zu erzielen.
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Ein
Verfahren, in welchem etwas von Abgas aus dem Abgassystem eines
Dieselmotors entnommen wird, und neuerlich zu dem Luftaufnahmesystem
rückgeführt wird
und zu einer Luft-Kraftstoff-Mischung zugefügt wird, wird EGR (Exhaust
Gas Recirculation, Abgasrezirkulation) genannt. Dieses Verfahren
wurde weit verbreitet als ein effektives Verfahren zum Reinigen
von Abgasen von Dieselmotoren und zum Verbessern der Wärmeeffizienz
verwendet, da zahlreiche Effekte erzielt werden können, beispielsweise
das Auftreten von NOx (Stickoxiden) kann beschränkt werden, der Verlust von
Wärme,
die auf ein Kühlmittel
aufgrund eines Absinkens im Pumpenverlust und einer absinkenden
Temperatur von Verbrennungsgas abgegeben bzw. freigesetzt ist bzw.
wird, ist reduziert, das Verhältnis
von spezifischer Wärme
wird durch eine Änderung
der Menge und der Zusammensetzung des Arbeitsgases erhöht, und
die Zykluseffizienz wird entsprechend verbessert.
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Wenn
die Temperatur von EGR Gas ansteigt und die Menge an EGR ansteigt,
ist bzw. wird jedoch die Dauerhaftigkeit bzw. Haltbarkeit des EGR
Ventils durch die Wärmetätigkeit
des EGR Gases verschlechtert und das EGR Ventil kann in einem frühen Zustand
gebrochen bzw. zerstört
werden. Daher muß ein
Kühlsystem
zur Verfügung
gestellt werden, um eine Wasserkühlungsstruktur
als eine vorbeugende bzw. Präventivmaßnahme auszubilden,
oder es tritt hier ein Phänomen
auf, daß die
Fülleffizienz
durch den Anstieg in der Einlaß-
bzw. Aufnahmetemperatur verschlechtert wird und somit die Brennstoffökonomie
bzw. -wirtschaftlichkeit verschlechtert bzw. abgesenkt wird. Um
derartige Umstände
zu vermeiden, wurde eine Vorrichtung zum Kühlen des EGR Gases unter Verwendung
eines Motorkühlfluids,
eines Kühlmittels
für eine
Klimaanlage oder Kühlluft
verwendet. Insbesondere wurde eine große Anzahl von EGR-Gas-Kühlsystemen
eines Gas-Flüssigkeits-Wärmetauschertyps,
welcher das EGR Gas unter Verwendung des Motorkühlfluids kühlt, vorgeschlagen und verwendet.
Unter diesen EGR-Gas-Kühlsystemen
eines Gas-Flüssigkeits-Wärmetauschertyps
wurde ein EGR-Gas-Kühlsystem
eines Doppelrohr-Wärmetauschertyps
immer noch stark gefordert. Eine große Anzahl von Doppelrohr-Wärmetauschern
wurde vorgeschlagen, beinhaltend beispielsweise einen Doppelrohr-Wärmetauscher,
in welchem ein äußeres bzw.
Außenrohr,
um eine Flüssigkeit
durchtreten zu lassen, an der Außenseite eines Außenrohrs
angeordnet ist, um es einem Hochtemperatur-EGR-Gas zu ermöglichen
durchzutreten und in einem Wärmetauscher
zum Ausführen eines
Wärmetauschs
zwischen Gas und Flüssigkeit ist
bzw. wird eine metallische gewellte bzw. Wellplatte als eine Rippe
bzw. Finne in dem Innenrohr eingesetzt (siehe beispielsweise japanische
Patentoffenlegung Publikation Nr. 11-23181 (1 bis 4)),
und einen Doppelrohr-Wärmetauscher,
welcher durch ein Innenrohr, um es einem Kühlmedium zu ermöglichen,
im Inneren zu fließen,
einem Außenrohr,
das so zur Verfügung
gestellt ist, um das Innenrohr zu umgeben, um von dem Außenumfang
des Innenrohrs getrennt zu sein, und eine Strahlungsrippe gebildet
ist, die eine eine thermische Spannung relaxierende bzw. entspannende
Funktion aufweist, welche in dem Innenrohr zur Verfügung gestellt
ist (siehe beispielsweise japanische Patentoffenlegung Publikation
Nr. 2000-111277 (1 bis 7)).
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Entsprechend
dem Doppelrohr-Wärmetauscher,
der eine Rippenstruktur inkorporiert, an welcher eine Verbesserung
in verschiedenen Weisen ausgeführt
wurde, wie dies oben beschrieben ist, kann, obwohl die Konstruktion
einfach und kompakt ist, eine hohe Kühleffizienz als solche angenommen bzw.
vorhergesehen werden. Daher wurden als ein Wärmetauscher zum Kühlen von
EGR Gas, welcher in einem beschränkten
Installationsraum, wie einem klein dimensionierten Automobil, verwendet
wird, mehrere Doppelrohr-Wärmetauscher
bereits praktisch verwendet. Jedoch hat aufgrund seiner kompakten
Konstruktion natürlich
die absolute Menge von fließendem
bzw. strömendem
Fluid eine Grenze. Als ein Ergebnis sind ungelöste Probleme in bezug auf die
gesamte Wärmetauschereffizienz
verblieben. Um derartige Probleme zu lösen, muß unvermeidbar ein Wärmetauscher
eines sogenannten Schalen- und Rohrtyps angenommen werden, obwohl
die Konstruktion etwas kompliziert und groß ist. Der Wärmetauscher
dieser Art wurde auch auf verschiedene Weisen verbessert. Als ein
Beispiel des Wärmetauschers
der Schalen- und Rohrart wurde ein Wärmetauscher geoffenbart, in
welchem ein Kühlwassereinlaß an einem
Ende des Außenumfangsabschnitts
eines Schalenkörpers
zur Verfügung
gestellt ist, der einen Kühlmantel
ausbildet, und eine Düse,
die als ein Kühlwasserauslaß dient,
an dem anderen Ende davon zur Verfügung gestellt ist; eine Haube
zum Einbringen von Hochtemperatur-EGR-Gas einstückig bzw. integral an einem
Ende in der Längsrichtung
des Schalenkörpers
zur Verfügung
gestellt ist, und eine Haube zum Auslassen des wärmegetauschten EGR Gases integral
an dem anderen Ende davon zur Verfügung gestellt ist; eine Mehrzahl
von ebenen bzw. flachen Heizrohren an Intervallen über einen
Rohrsitz installiert ist, der am Inneren der Haube festgelegt ist; das
Hochtemperatur-EGR-Gas in den ebenen Heizrohren derart fließt, um das
Kühlwasser
zu kreuzen, das in dem Schalenkörper
fließt
bzw. strömt;
und eine Plattenrippe, die eine U-förmige Querschnittsform aufweist,
an der Innenumfangsoberfläche
des ebenen Heizrohrs inkorporiert ist, wodurch der Fluß des fließenden EGR
Gases zu einem kleinen Strom gemacht wird und zur selben Zeit der
Wärmeübertragungsbereich
bzw. die Wärmeübertragungsfläche weiterhin
erhöht
wird, wodurch eine hohe Wärmeaustauscheffizienz
zur Verfügung
gestellt wird (siehe beispielsweise japanische Patentoffenlegung
Publikation Nr. 2002-107091 (1 bis 3)).
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Andererseits
ist es in dem oben beschriebenen Wärmetauscher eines Schalen-
und Rohrtyps zum Verbessern der Wärmetauschereffizienz ein wesentlichen
Erfordernis, es dem EGR Gas zu ermöglichen, welches das Kühlmedium
ist, mit gleichmäßiger Strömungsraten-
bzw. Flußgeschwindigkeitsverteilung
und Flußgeschwindigkeit
in jedem Heizrohr zu fließen,
welches in großen
Anzahlen in Intervallen bzw. Abständen in der Schale angeordnet
ist, um eine Heizrohrgruppe auszubilden, und zur selben Zeit einen
turbulenten Fluß und
eine Rührtätigkeit
geeignet zwischen den Fluiden zu erzeugen, welche das gekühlte Medium
und das Kühlmedium
sind. Dementsprechend wurde für
das EGR-Gas-Kühlsystem,
das in 9A gezeigt ist,
ein ebenes Heizrohr 10 für einen Wärmetauscher vorgeschlagen,
in welchem ein Heizrohr, welches in großen Anzahlen in einem Schalenkörper 30 vorgesehen
ist, der einen Kühlmantel
ausbildet, um eine Heizrohrgruppe auszubilden, ein ebenes Heizrohr 10 ist,
welches aus einem Bodenabschnitt 10-6 und einem oberen
Deckelabschnitt 10-5 besteht; wie dies in 9B gezeigt ist, eine gewellte Rippe 20,
die einen im wesentlichen rechtwinkeligen bzw. rechteckigen kanalförmigen Querschnitt
auf weist und eine Wellenform aufweist, an vorbestimmten Intervallen
in der Längsrichtung mäandriert 20-1,
inkorporiert bzw. aufgenommen ist; und auch ein einen turbulenten
Strom bildender Abschnitt 10-1 in bezug auf den Gasstrom
ausgebildet ist, indem eine Mehrzahl von konkaven Abschnitten 10-3 und
konvexen Abschnitten 10-2 auf einem Abgasstromflußpfad 10-4 in
dem ebenen Heizrohr 10 zur Verfügung gestellt ist (siehe beispielsweise
japanische Patentoffenlegung Publikation Nr. 2004-263616 (1 bis 10)).
Es wurde auch ein Bericht derart gemacht, daß ein periodischer turbulenter Strom
in dem EGR Gas ausgebildet ist bzw. wird, das in einem Gasflußpfad bzw.
-strömungsweg 10-4 in dem
ebenen Heizrohr 10 fließt, um effektiv die Anhaftung
von Ruß zu
verhindern, und das Kühlmedium, wie
Kühlwasser,
das an der Außenumfangsoberfläche des
Heizrohrs 10 fließt,
ebenfalls effizient gerührt bzw.
bewegt ist bzw. wird, wodurch die Wärmetauscherleistung zwischen
Gas und Flüssigkeit
verbessert ist. Auch ist in dem Wärmetauscher, der in 10A gezeigt ist, ein Wärmetauscher 40a zum Kühlen von
Abgas, in welchem ein Abgasflußpfad 30a-1 ausgebildet
ist, um eine ebene Querschnittform aufzuweisen bzw. zu besitzen,
und in einer Mehrzahl von Lagen laminiert ist, gezeigt. In dem ebenen
Abgasflußpfad 30a-1 ist
eine gewellte Rippenstruktur 20a, die eine im wesentlichen
rechteckige kanalförmige
Querschnittsebene aufweist, wie dies in 10C gezeigt ist, und die in der Längsrichtung
mäandriert,
wie dies in 10B gezeigt
ist, eingesetzt. Dadurch wurde ein Wärmetauscher, der eine Konstruktion
im wesentlichen ähnlich
zu der japanischen Patentoffenlegung Publikation Nr. 2004-263616
(1 bis 10)
aufweist, geoffenbart. Die gewellte Rippenstruktur 20a in
diesem Beispiel ist so ausgebildet, daß, wie dies in 10B und 20D gezeigt
ist, die Periode von Wellen entsprechend der mäandrierenden Welle, in einer
Draufsicht betrachtet, nämlich
die Perioden von Peak- bzw. Spitzenlinien 20a-3 und Tallinien 20a-4 länger als
die Periode T2 auf der Auslaßseite 20a-6 von
Gas verglichen mit der Periode T1 auf der Einlaßseite 20a-7 von Gas sind,
und die gewellte Rippenstruktur 20a in dem ebenen Abgasflußpfad 30a-1 eingesetzt
ist, wodurch ein Wärmetauscher,
in welchem ein Gasstrompfad, der das ebene Heizrohr substituiert,
beinhaltend die gewellte Rippe, verwendet wird, vorgeschlagen wurde
(siehe beispielsweise japanische Patentoffenlegung Publikation Nr.
2004-177061 (1 bis 4)). Es wurde ein Bericht
gemacht, daß,
indem die Periode bzw. Dauer der Wellen auf der Abgasauslaßseite länger als
diejenige auf der Einlaßseite
und eine sanfte Kurve gemacht wird, der Fluß bzw. die Strömung von Gas
beschleunigt wird und somit die Ansammlung von Ruß verhindert
ist bzw. wird, und zur selben Zeit das Rühren bzw. Durchmischen des
Fluids gefördert wird
und somit Wärmetauscherleistung
verstärkt bzw.
erhöht
wird.
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In
den oben beschriebenen konventionellen Techniken kann in dem Fall
des Doppelrohr-EGR-Gas-Kühlsystems,
das in der japanischen Patentoffenlegung Publikation Nr. 11-23181
(1 bis 4) und der japanischen Patentoffenlegung
Publikation Nr. 2000-111277 (1 bis 7) geoffenbart ist, obwohl
die Konstruktion einfach und kompakt ist, eine hohe Kühleffizienz
als solche erwartet werden. Daher wurden als ein Wärmetauscher
zum Kühlen von
EGR Gas, welcher in einem begrenzten Installationsraum, wie einem
klein dimensionierten Automobil, verwendet ist, bereits zahlreiche
Doppelrohr-Wärmetauscher
praktisch verwendet. Jedoch aufgrund seiner kompakten Konstruktion
hat die absolute Menge an fließendem
Fluid natürlich
eine Grenze. Als ein Ergebnis sind ungelöste Probleme in bezug auf die gesamte
Wärmetauschereffizienz
zurückgeblieben.
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Um
die oben beschriebenen Probleme zu lösen, wurde in dem Wärmetauschertyp-EGR-Gas-Kühlsystem
eines Ummantelungs- bzw.
Schalen- und Rohr-Typs, der in der japanischen Patentoffenlegung
Publikation Nr. 2002-107091 (1 bis 3) und der japanischen Patentoffenlegung Publikation
Nr. 2004-177061
(1 bis 4) beschrieben ist, eine Verbesserung
derart gemacht, daß das Wärmetauscherohr
aus einem ebenen bzw. flachen Heizrohr gefertigt bzw. hergestellt
ist, das eine größere Wärmetransferfläche aufweist,
und die Finnen- bzw.
Rippenstruktur, die einen U-förmigen
Querschnitt aufweist, in das ebene Heizrohr inkorporiert ist; die
gewellte Rippe, die in das ebene Heizrohr inkorporiert ist, ist
als eine Wellenform hergestellt bzw. gefertigt, die einen im wesentlichen
rechteckigen bzw. rechtwinkeligen kanalförmigen Querschnitt aufweist,
und die gewellte Rippe ist mit einer Wellenform gebildet, die in
der Längsrichtung
mäandriert,
und zusätzlich
ist eine Mehrzahl von Unregelmäßigkeiten auf
der Fluidflußpfadoberfläche des
ebenen Heizrohrs zur Verfügung
gestellt, um einen einen turbulenten Strom ausbildenden Abschnitt
zu bilden; oder die Periode eines Mäandrierens in der Längsrichtung der
gewellten Rippe, die in dem ebenen Gasflußpfad inkorporiert bzw. aufgenommen
ist, in dem laminierten Wärmetauscher
ist länger
an der Auslaßseite
verglichen mit der Periode auf der Gaseinlaßseite gemacht. Es würde Berichte
gegeben, so daß durch
ein Ausbilden einer Verbesserung, wie oben beschrieben, die Ansammlung
von Ruß in
dem Rohr verhindert wurde, indem ein turbulenter Strom geeignet
in dem Fluß von
EGR Gas produziert wurde, das in dem Gasflußpfad in dem Heizrohr fließt, oder
die Bewegungs- bzw. Rührtätigkeit
des Kühlmediums,
wie Kühlwasser,
das an der Außenseite
des Heizrohrs fließt,
gefördert
wurde, wodurch eine hohe Wärmetauschleistung
zwischen Gas und Flüssigkeit
erhalten wurde, und einige konventionelle Techniken wurden bereits
praktisch verwendet. Gegenwärtig
kann betreffend die Form bzw. Gestalt der Welle als die gewellte
Rippenstruktur, welche in das ebene Heizrohr inkorporiert bzw. aufgenommen
ist und effektiv einen Wärmetausch
zwischen dem Hochtemperaturfluid, das in dem Rohr fließt bzw.
strömt,
und dem Kühlmedium
fördern
kann, das außerhalb
des Rohrs fließt, die
Optimierung jedoch noch nicht erreicht werden. Daher kann im wesentlichen
eine ausreichende Leistung nicht erhalten werden, und Raum für weitere Verbesserungen
ist verblieben.
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Spezifischer
wird in dem Fall, wo die Wärmetransferbzw.
Wärmeübertragungsfläche in dem
Heizrohr klein ist, ein Versuch gemacht, die Wärmeübergangsleistung durch ein
Erhöhen
der Strömungs- bzw.
Flußgeschwindigkeit
zu verbessern. In diesem Fall steigt jedoch der Druckverlust umgekehrt
an, und zusätzlich
verschlechtert die Anhaftung von Ruß und Schmutz an dem Inneren
des Flußpfads
die Leistung, da ein Versuch gemacht wurde, die Wärmeübergangsleistung
durch ein Erhöhen
der Flußgeschwindigkeit
zu verbessern. In dem Fall, wo die Anzahl von Heizrohren erhöht wird,
um den Druckverlust zu reduzieren, sinkt die Wärmeübergangsleistung pro einem
Heizrohr, so daß das
Volumen des Wärmetauschers
selbst ansteigt, um die anfängliche
Leistung sicherzustellen. Daher treten neue Probleme von beispielsweise
eines schwerwiegenden Hindernisses in bezug auf das Layout auf.
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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Indem
auf die Adhäsion
bzw. Anhaftung, Viskosität
und Trägheit
von einzigartigem Ruß,
die das Fluid aufweist, die Aufmerksamkeit gerichtet wurde, wurden
Studien, die durch verschiedene Experimente begleitet wurden, aus
verschiedenen Aspekten betreffend die Form bzw. Gestalt einer Welle in
einer gewellten Rippenstruktur durchgeführt, welche in einem ebenen
Heizrohr inkorporiert ist und einen EGR-Gas-Flußpfad
ausbildet. Als ein Ergebnis wurde ein optimaler Ausgleichs- bzw.
Gleichgewichtspunkt zwischen der Strömungs- bzw. Flußgeschwindigkeit
und der Flußrate
von EGR Gas, das in dem Heizrohr fließt, gefunden, indem die Wellenbreite
eines querverlaufenden Querschnitts, der als ein Gasstrompfad in
der gewellten Rippenstruktur dient, die Wellenlänge einer Wellenform, die mäandrierend
in der Längsrichtung
ausgebildet ist, und der Krümmungsradius
der Mäandrierung
in einem spezifischen Bereich gebildet sind bzw. werden. Die vorliegende
Erfindung ist eine Erfindung, um eine hohe Wärmetauscherleistung zu erzielen,
indem der Druckverlust auf einem Minimum gehalten wird, während eine
hohe Wärmeübergangs-
bzw. -transferleistung in dem Flußpfad beibehalten ist.
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Die
vorliegende Erfindung wurde getätigt, um
die oben beschriebenen Probleme zu lösen, und dementsprechend ist
ein Gegenstand bzw. Ziel davon, ein Wärmetauscherrohr zur Verfügung zu
stellen, das in einem EGR-Gas-Kühlsystem
verwendet wird, welches es möglich
macht, Hochtemperatur-EGR-Gas
in das Wärmetauscherrohr
(Heizrohr), das in dem EGR-Gas-Kühlsystem
inkorporiert ist, mit einer vorbestimmten Flußgeschwindigkeit und einer Flußrate einzubringen,
obwohl die Konstruktion einfach ist, indem eine Verbesserung betreffend
die Form bzw. Gestalt einer Welle der gewellten Rippenstruktur gemacht
wird, die einen EGR-Gas-Flußpfad in
dem ebenen bzw. flachen Heizrohr für einen Wärmetauscher ausbildet, die
Ansammlung von Ruß,
der in dem Heizrohr generiert wird, und die Anhaftung von Schmutz
beschränkt,
und fähig
ist, eine hohe Wärmetauscherleistung
zu erzielen.
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Um
die oben beschriebenen Probleme zu lösen, ist das Wärmetauscherrohr
in dem EGR-Gas-Kühlsystem
in Übereinstim mung
mit der vorliegenden Erfindung ein Wärmetauscherrohr, in welchem
die Innenumfangsoberfläche,
die als ein Abgasflußpfad
bzw. -strömungsweg
dient, eine ebene bzw. flache Querschnittsform aufweist, dadurch gekennzeichnet,
daß die
Finnen- bzw. Rippenstruktur, die in dem Wärmetauscherrohr inkorporiert
bzw. aufgenommen ist, eine im wesentlichen rechteckige bzw. rechtwinkelige
kanalförmige
Wellenform im Querschnitt aufweist, und in der gewellten Rippenstruktur,
die eine gekrümmte
Oberfläche
aufweist, die eine Wellenform ausbildet, die mit einer vorbestimmten
Wellenlänge
in der Längsrichtung
mäandriert, wenn
die Wellenbreite der kanalförmigen
Wellenform H sein soll, und die Wellenlänge der Wellenform, die in
der Längsrichtung
mäandriert,
L sein soll, der Wert, der durch H/L angezeigt bzw. angegeben ist,
eingestellt ist, um in dem Bereich von 0,17 bis 0,20 zu liegen.
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Auch
ist das Wärmetauscherrohr
in dem EGR-Gas-Kühlsystem
in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß in der
gewellten Rippenstruktur, wenn die Amplitude der Wellenform, die
in der Längsrichtung
mäandriert,
A sein soll, der Wert, der durch G/H angegeben ist, wo G ein Spalt
ist, der durch einen Unterschied (H-A) zwischen der Wellenbreite
H der kanalförmigen Wellenform
und der Amplitude A bestimmt ist, eingestellt ist, um in einem Bereich
von –0,21
bis 0,19 zu liegen.
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Weiterhin
ist das Wärmetauscherrohr
in dem EGR-Gas-System
in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung ein Wärmetauscherrohr, in welchem
die Innenumfangsoberfläche,
die als ein Abgasflußpfad
dient, eine ebene Querschnittsform aufweist, dadurch gekennzeichnet,
daß die
Rippenstruktur, die in dem Wärmetauscherrohr
(Heizrohr) inkorporiert bzw. aufgenommen ist, eine im wesentlichen rechteckige
kanalförmige
Wellenform im Querschnitt aufweist, und in der gewellten bzw. Wellrippenstruktur,
die eine gekrümmte
Oberfläche
aufweist, die eine Wellenform bildet, die mit einer vorbestimmten
Wellenlänge
in der Längsrichtung
mäandriert,
das Verhältnis
H/L der Wellenbreite H der kanalförmigen Wellenform zu der Wellenlänge L der
Wellenform, die in der Längsrichtung
mäandriert,
so eingestellt ist, daß er
in dem Bereich von 0,17 bis 0,20 liegt, und wenn eine Amplitude
der Wellenform, die in der Längsrichtung
mäandriert,
A sein soll, der Wert, der durch G/H angegeben ist, wo G ein Spalt
ist, der durch einen Unterschied (H-A) zwischen der Wellenbreite
H der kanalförmigen
Wellenform und der Amplitude A bestimmt ist, eingestellt ist, um
in dem Bereich von –0,21
bis 0,19 zu liegen.
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Das
oben beschriebene Wärmetauscherrohr in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß an dem
Scheitel der Wellenform, die in der gewellten Rippenstruktur mäandriert,
der Krümmungsradius
R in dem Bereich von 1,7 H bis 2 H für die Wellenbreite H der kanalförmigen Wellenform
in der gewellten Rippenstruktur gebildet ist.
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Weiterhin
hat das oben beschriebene Wärmetauscherrohr
in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung eine bevorzugte Art derart, daß ein Kerbenabschnitt,
Schlitz, Durchgangsloch usw. in einer beliebigen Form in dem Seitenwandabschnitt
zur Verfügung
gestellt ist bzw. sind, der eine gekrümmte Oberfläche in der Längsrichtung
in der gewellten Rippenstruktur aufweist, so daß ein Fluid zwischen benachbarten
Fluidflußpfaden
fließen
kann.
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Noch
weiterhin hat das oben beschriebene Wärmetauscherrohr in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung eine bevorzugte Art derart, daß die gewellte
Rippenstruktur aus einem metallischen Blech- bzw. Blattmaterial
gebildet ist, Herstellungsmittel davon geeignet aus Preß formen,
Ritzelformen und einer Kombination von diesen gewählt sind,
und Verbindungsmittel zum Verbinden der gewellten Rippenstruktur
mit einer Innenumfangsoberfläche
des Heizrohrs geeignet aus Schweißen, Löten, Klebung bzw. Anhaftung
oder anderen Verbindungsmethoden gewählt sind, wodurch die gewellte
Rippenstruktur mit der Innenumfangsoberfläche des Heizrohrs verbunden
ist bzw. wird.
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Ebenfalls
hat das oben beschriebene Wärmetauscherrohr
in Übereinstimmung
mit der vorliegende Erfindung eine bevorzugte Art derart, daß das metallische
Blattmaterial, das die gewellte Rippenstruktur ausgebildet, aus
einem austenitischen, rostfreien Stahl, wie SUS304, SUS304L, SUS316
und SUS316L besteht, und eine Dicke davon von 0,05 bis 0,3 mm beträgt.
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Weiterhin
hat das oben beschriebene Wärmetauscherrohr
in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung eine bevorzugte Art derart, daß das Heizrohr
eine im wesentlichen elliptische Querschnittsform bzw. -gestalt
aufweist und in eine Rennbahnform ausgebildet ist, oder eine im
wesentlichen rechteckige Querschnittsform aufweist und in eine rechteckige
Form im Querschnitt ausgebildet ist.
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Für das Wärmetauscherrohr
in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung weist das Heizrohr, das den Abgasflußpfad bzw.
-strömungsweg ausbildet,
eine ebene bzw. flache Querschnittsform auf, und zur gleichen Zeit
ist die Rippenstruktur, die an die Innenumfangsoberfläche des
ebenen bzw. flachen Heizrohrs inkorporiert bzw. aufgenommen ist, eine
gewellte bzw. Wellrippenstruktur, welche eine Wellenform aufweist,
die einen im wesentlichen rechteckigen, kanalförmigen Querschnitt aufweist und
die gekrümmte
Oberfläche
aufweist, die mit einer Wellenform gebildet ist, die mit einer vorbestimmten Wellenlänge in der
Längsrichtung
mäandriert.
Wenn die Wellenbreite der kanal förmigen
Wellenform H sein soll, und die Wellenlänge der Wellenform, die in der
Längsrichtung
mäandriert,
L sein soll, ist der Wert, der durch H/L angegeben ist, eingestellt,
um in einem Bereich von 0,17 bis 0,20 zu liegen, und der Wert, der
durch G/H angegeben ist, wo G ein Spalt ist, der durch einen Unterschied
(H-A) zwischen der Wellenbreite H und der Amplitude A einer Wellenform bestimmt
ist, die in der Längsrichtung
mäandriert,
ist, ist eingestellt, um in einem Bereich von –0,21 bis 0,19 zu sein, als
Grundvoraussetzungen. Weiterhin ist an dem Scheitel der Wellenform,
die in der gewellten Rippenstruktur mäandriert, der Krümmungsradius
R in dem Bereich von 1,7 H bis 2 H für die Wellenbreite H ausgebildet.
Es ist dadurch gefunden, daß das
Abgas, das in dem Heizrohr fließt,
während
eine bestimmte Flußgeschwindigkeit
beibehalten wird, eine Region bzw. ein Bereich ist, in welcher(m)
der Druckverlust nicht notwendigerweise am Maximum ist, wenn die
Wärmetauscherleistung
(Wärmeübergangs-
bzw. -transferfaktor) am Maximum ist. Zusätzlich ist, indem der Krümmungsradius
R in dem spezifischen Bereich am Scheitel der Wellenform zur Verfügung gestellt
wird, die Trennung eines Flusses bzw. Stroms am Scheitel der Wellenform
beschränkt,
und die Ansammlung von Ruß und
die Anhaftung von Schmutz sind bzw. werden verhindert. Somit ist
das Wärmetauscherrohr
in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung durch ein Bestimmen von Designwerten
derart ausgebildet, daß das
Heizrohr eine flache Querschnittform aufweist, und die Wellenform des
querverlaufenden Querschnitts der gewellten Rippenstruktur, die
an der Innenumfangsoberfläche des
Heizrohrs inkorporiert ist, und die Form bzw. Gestalt der Wellenform,
die in Zick-Zack in der Längsrichtung
mäandriert,
innerhalb von vorbestimmten Bereichen im voraus sind. Dadurch kann
ein Wärmetauscher,
der eine effektive Kühl leistung
mit exzellenter Wärmeübergangsleistung
aufweist, zur Verfügung
gestellt werden. Um weiterhin den Effekt der vorliegenden Erfindung
zu erhöhen,
ist die Reynolds-Zahl vorzugsweise auf einen Wert nahe 2000 durch
ein Einstellen der Anzahl von Heizröhren gemacht, die in dem Wärmetauscher
zur Verfügung
gestellt sind, und es ist bevorzugt, das Heizrohr in dem Bereich
zu verwenden, in welchem die Reynolds-Zahl höchstens 5000 oder kleiner ist.
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Ebenso
ist es aus einer anderen Ausbildung in Übereinstimmung mit der vorliegenden
Erfindung ersichtlich, daß das
oben beschriebene Heizrohr geeignet aus den öffentlich bekannten konventionellen Mitteln
gewählt
werden kann. Obwohl das Heizrohr leicht durch ein sehr einfaches
Herstellungsverfahren hergestellt werden kann und die Mittel zum
Verbinden der gewellten Rippenstruktur mit der Innenumfangsoberfläche des
Heizrohrs ebenfalls einfach sind, ist der erhaltene Effekt bemerkenswert
exzellent. Daher kann der Schalen- und Rohr-Typ-Wärmetauscher,
der mit diesem Heizrohr ausgestattet ist, ein EGR-Gas-Kühlsystem
realisieren, welches kleiner in der Größe und leicht im Gewicht bei
niedrigen Kosten ist, so daß erwartet
werden kann, daß die
vorliegende Erfindung einen großen
Beitrag in bezug auf eine Energieeinsparung liefert.
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KURZE BESCHREIBUNG DER
ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine vergrößerte perspektivische Ansicht
eines wesentlichen Abschnitts, die schematisch ein Wärmetauscherrohr
in Übereinstimmung
mit einem Beispiel der vorliegenden Erfindung und eine inkorporierte
gewellte Rippenstruktur zeigt;
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2 ist
eine schematische Draufsicht zum Illustrieren von Konstruktionserfordernissen
einer gewellten bzw. Wellrippenstruktur in einem Beispiel;
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3 ist
eine Querschnittsansicht, die eine einzige Einheit eines Heizrohrs
zeigt, in welchem eine gewellte Rippenstruktur in einem Beispiel
inkorporiert bzw. aufgenommen ist;
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4 ist
eine Querschnittsansicht, die eine einzige Einheit eines Heizrohrs
in Übereinstimmung mit
einem anderen Beispiel zeigt;
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5 ist
eine Querschnittsansicht eines wesentlichen Abschnitts, die einen
Zustand zeigt, in welchem eine gewellte Rippenstruktur in einem
Flußpfad bzw.
Strömungsweg
eines laminierten Wärmetauschers
inkorporiert ist, in welchem eine Mehrzahl von Stufen von EGR-Gas-Flußpfaden,
die einen rechteckigen Querschnitt aufweisen, in noch einem anderen
Beispiel ausgebildet sind, das sich auf die vorliegende Erfindung
bezieht;
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6 ist
eine perspektivische Ansicht eines wesentlichen Abschnitts, die
eine einzige Einheit einer gewellten Rippenstruktur in Übereinstimmung
mit einem Beispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
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7 ist
eine teilweise weggebrochene perspektivische Ansicht, die eine einzige
Einheit eines Heizrohrs in Übereinstimmung
mit einem Beispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
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8 ist
ein Diagramm, das die Beziehung zwischen einem Verhältnis H/L
in einer gewellten Rippenstruktur und ein Verhältnis der Nusselt-Zahl und
ein Verhältnis
eines Rohrreibungskoeffizienten in Übereinstimmung mit der vorliegenden
Erfindung zeigt;
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9 zeigt ein konventionelles Wärmetauscher-EGR-Gas-Kühlsystem,
wobei 9A eine teilweise weggebrochene
perspektivische Ansicht davon ist, 9B eine
perspektivische Explosionsdarstellung einer einzigen Einheit eines
Heizrohrs ist, das in dem Kühlsystem
verwendet ist, und
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9C eine
Querschnittsansicht einer einzigen Einheit des Heizrohrs ist; und
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10 zeigt einen Wärmetauscher für ein EGR-Gas-Kühlsystem eines anderen konventionellen
Beispiels, wobei 10A eine perspektivische Explosionsdarstellung
davon ist, 10B eine Draufsicht auf eine
einzige Einzeit einer gewellten Rippenstruktur ist, die in dem Wärmetauscher
verwendet ist bzw. wird, 10C eine
schematische Seitenansicht einer Schalenrippenstruktur ist, und 10D eine erläuternde
Ansicht der Periode von Wellen der Rippenstruktur ist.
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BESTE ART ZUM AUSFÜHREN DER
ERFINDUNG
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Eine
Ausbildung der vorliegenden Erfindung wird nun in größerem Detail
und konkret unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese Ausbildung beschränkt. Das
Design, beinhaltend die Konstruktion und Form bzw. Gestalt eines
Heizrohrs und einer gewellten bzw. Wellrippenstruktur, die in dem
Heizrohr inkorporiert bzw. aufgenommen ist, kann frei in dem Rahmen
von Lehren der vorliegenden Erfindung verändert werden.
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1 ist
eine vergrößerte perspektivische Ansicht
eines wesentlichen Abschnitts, die schematisch ein Wärmetauscherrohr
in Übereinstimmung
mit einem Beispiel der vorliegenden Erfindung, und eine inkorporierte
gewellten Rippenstruktur zeigt, 2 ist eine
schematische Draufsicht zum Illustrieren von Konstruktionserfordernissen
der gewellten Rippenstruktur in dem Beispiel, 3 ist
eine Querschnittsansicht, die eine einzige Einheit eines Heizrohrs zeigt,
in welchem die gewellte Rippenstruktur inkorporiert ist, 4 ist
eine Querschnittsansicht, die eine einzige Einheit eines Heizrohrs
in Übereinstimmung
mit einem anderen Beispiel zeigt, 5 ist eine
Querschnittsansicht eines wesentlichen Abschnitts, die einen Zustand
zeigt, in welchem eine gewellte Rippenstruktur in einem Flußpfad eines
laminierten Wärmetauschers
inkorporiert ist, in welchem eine Mehrzahl von Stufen eines EGR-Gas-Flußpfads,
der einen rechteckigen Querschnitt aufweist, in noch einem anderen
Beispiel ausgebildet ist, das sich auf die vorliegende Erfindung
bezieht, 6 ist eine perspektivische Ansicht
eines wesentlichen Abschnitts, der eine einzige Einheit einer gewellten
Rippenstruktur in Übereinstimmung
mit einem Beispiel der vorliegenden Erfindung zeigt, 7 ist
eine teilweise weggebrochene perspektivische Ansicht, die eine einzige
Einheit eines Heizrohrs in Übereinstimmung
mit einem Beispiel der vorliegenden Erfindung zeigt, und 8 ist
ein Graph zum Illustrieren der Beziehung zwischen einem geeigneten
Wert basierend auf der Wellenform der gewellten Rippenstruktur und einem
Verhältnis
der Nusselt-Zahl (Nu/Nu0), die später beschrieben wird, und einem
Verhältnis
eines Rohrreibungskoeffizienten (f/f0) in Übereinstimmung mit der vorliegenden
Erfindung.
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Beispiel 1
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Für ein Wärmetauscherrohr
(Wärmetauscherrohr) 1 in Übereinstimmung
mit Beispiel 1 der vorliegenden Erfindung, wobei der wesentliche
Abschnitt davon vergrößert in 1 gezeigt
ist, wurde das Wärmetauscherrohr 1 durch
ein Einsetzen und ein integrales bzw. einstückiges Verbinden durch ein Löten einer
gewellten bzw. Wellrippenstruktur 2 in und an einer Innenumfangsoberfläche 1-1 eines
ebenen bzw. flachen Rohrs erhalten. Die gewellte Rippenstruktur 2 wurde
durch ein Preßformen
eines Blech- bzw. Blattmaterials aus SUS304L austenetischem rostfreiem
Stahl gebildet, der eine Dicke von 0,05 mm aufweist. Das ebene bzw.
flache Rohr wurde aus einem rostfreien Stahlmaterial derselben Art ge bildet,
das eine Dicke von 0,5 mm aufweist, um eine im wesentlichen elliptische
Querschnittsform aufzuweisen. Für
die Finnen- bzw. Rippenstruktur 2 dieses Beispiels, wie
dies in 1 gezeigt ist, ist bzw. wird
der Querschnitt der Rippenstruktur in eine im wesentlichen rechteckige
kanalförmige
Wellenform ausgebildet und die Wellenform, die zick-zack-artig nach
rechts und links in der Längsrichtung
mäandriert,
wird ausgebildet. Zu dieser Zeit war, indem die Wellenbreite H der
kanalförmigen Wellenform
3,0 mm gelassen wird, und indem die Wellenlänge L der mäandrierenden Wellenform 16,5 mm
gelassen wird, ein Verhältnis
(H/L) der Wellenbreite H zur Wellenlänge L 0,182, und es wurde bestätigt, daß dieser
Wert innerhalb des Erfordernisbereichs von 0,17 bis 0,20 liegt.
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Auch
wurde die Rippenstruktur 2 dieses Beispiels so eingestellt,
daß zusätzlich zu
dem oben beschriebenen Erfordernis, indem die Amplitude A, die in 2 gezeigt
ist, 3,0 mm gelassen wird, das Verhältnis (G/H) eines Spalts G,
der durch einen Unterschied bzw. eine Differenz (H-A) zwischen der
Wellenbreite H und der Amplitude A zu der Wellenbreite H der kanalförmigen Wellenform
bestimmt wird, innerhalb des Bereichs von –0,21 bis 0,19 lag. Darüber hinaus
wurde eine Einstellung so getätigt,
daß, wie dies
in 2 gezeigt ist, ein Krümmungsradius 6,0 R an dem Scheitel
der Wellenform gebildet wurde, die mäandrierend in der Längsrichtung
ausgebildet ist, und der Krümmungsradius
R basierend auf der kanalförmigen
Wellenbreite H war innerhalb des Bereichs von 1,7 H bis 2 H. Für die gewellte
Rippenstruktur 2 in diesem Beispiel ist die Form der Welle
so geformt bzw. gebildet, um den Erfordernissen zu genügen, und
zur selben Zeit ist die gewellte Rippenstruktur 2 durch
ein Löten
verbunden, so daß eine Spitzenoberfläche 2-1 und
eine Taloberfläche 2-2 unmittelbar
bzw. eng an einer Innenumfangsoberfläche 1-1 des ebenen
Heizrohrs 1 in einer fluchtenden bzw. bündigen Weise anhaften. Indem
die gewellte Rippe 2 mit der Innenumfangsoberfläche 1-1 des
Heizrohrs 1 in einem eng anhaftenden Zustand verbunden
wird, wird die Hitze bzw. Wärme
eines Hochtemperaturgases in einem Heizflußpfad effektiv an Kühlwasser, das
an der Außenseite
bzw. außerhalb
des Heizrohrs 1 fließt, über die
gewellte Rippenstruktur 2 wärmegetauscht. Acht Heizrohre 1 dieses
Beispiels, welche wie oben beschrieben erhalten wurden, wurden an dem
Gasstrompfad festgelegt, um ein EGR-Gas-Kühlsystem
auszubilden, indem eine Einstellung so gemacht wurde, daß die Reynolds-Zahl 2300
betrug, und ein Kühlleistungstest
wurde ausgeführt.
Als das Ergebnis strömte
bzw. floß ein
Hochtemperatur-EGR-Gas, das in dem Heizrohr fließt, in Strömungswegen bzw. Flußpfaden 1-2 und 1-3 des Heizrohrs 1 über eine
gekrümmte
Oberfläche
einer spezifischen Wellenform der gewellten Rippenstruktur 2 in
einem Zustand, in welchem eine vorbestimmte Strömungs- bzw. Flußrate und
Flußgeschwindigkeit
aufrecht erhalten wurden. Während
dieser Zeit wird ein effektiver Wärmeaustausch gefördert bzw. unterstützt, und
aufgrund der Wirkung des Krümmungsradius
R, der an dem Scheitel der mäandrierenden
Wellenform bzw. eines Wellenform-Mäanders ausgebildet ist, wurde
kaum die Ansammlung von einer großen Menge an Ruß und die
extreme Anhaftung von Schmutz in dem Flußpfad gefunden. Der Wärmeaustausch
an einen Kühlmantel
um das Heizrohr wurde effizient gefördert, und es wurde bestätigt, daß das EGR
Gas, das von der EGR-Gas-Auslaßseite
ausgetragen wurde, auf einen vorbestimmten Temperaturbereich gekühlt wurde.
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In
dem Wärmetauscherrohr 1 dieses
Beispiels wurden, um den optimalen Wert der Wellenform in der aufgenommen
gewellten Rippenstruktur 2 zu bestimmen, verschiedene Studien
ausgeführt.
In diesen Studien konnte eine Erkenntnis, die in dem Graph von 8 gezeigt
ist, erhalten werden. Ein Verhältnis
Nu/Nu0 der Nusselt-Zahl Nu einer gewellten Rippe zu der Nusselt-Zahl
Nu0 einer geraden Rippe (geradlinig geformte Rippe), welche die
Tendenz einer Wärmeübergangs- bzw. -transferleistung in
einer dimensionslosen Weise ausdrückt, erreicht das Maximum,
wenn das Verhältnis
(H/L) einer Wellenbreite H der kanalförmigen Wellenform zu der Wellenlänge L der
Wellenform, die in der Längsrichtung
mäandriert,
0,20 ist. Im Gegensatz dazu erreicht ein Rohrreibungs-Koeffizientenverhältnis f/f0
des Rohrreibungskoeffizienten f der gewellten Rippe zu dem Rohrreibungskoeffizienten
f0 der geraden Rippe, welches die Tendenz eines Druckverlusts in
einer dimensionslosen Weise ausdrückt, das Maximum, wenn der
Wert von H/L 0,3 ist. Daher steigt, wenn H/L 0,20 übersteigt
bzw. -schreitet, der Druckverlust auf einen derartigen Grad an,
daß das
Heizrohr nicht praktisch verwendet werden kann. Während, wenn die
Heizübergangsleistung
absinkt, ein Nachweis zur Verfügung
gestellt wird, daß die
Spezifikationen in diesem Bereich bedeutungslos sind. Andererseits wird,
ein Typ, in welchem die Kosten um 10% reduziert sind und das Gewicht
um 20% reduziert ist, verglichen mit einem EGR Kühler, der eine gerade Rippe aufweist,
welche leicht herzustellen ist, manchmal gefordert. Daher muß die Länge des
Heizrohrs um 40 Prozent abgesenkt werden. Um die Länge des
Heizrohrs abzusenken, muß die
Nusselt-Zahl der Rippe um 70 Prozent erhöht werden. Für diesen
Zweck muß das
Verhältnis
H/L 0,17 oder mehr betragen. Daraufhin wird in der gewellten Rippenstruktur 2 in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung in der Beziehung zwischen der Wellenbreite
H der kanalförmigen
Wellenform in dem Querschnittsabschnitt und der Wellenlänge L der
mäandrierenden Wellenform
der Bereich H/L von 0,17 bis 0,20, in welchem das Rohrreibungs-Koeffizientenverhältnis niedrig ist
und das Nusselt-Zahl-Verhältnis
hoch ist, verwendet. D.h. wie das Verhältnis zwischen H/L und das
Nusselt-Zahl-Verhältnis und
dem Rohrreibungs-Koeffizientenverhältnis in 8 zeigen,
das Nusselt-Zahl-Verhältnis
das Maximum bei H/L von 0,20 erreicht, während das Rohrreibungs-Koeffizientenverhältnis f/f0
das Maximum bei H/L 0,30 erreicht. Wenn H/L 0,20 übersteigt,
steigt das Rohrreibungs-Koeffizientenverhältnis an, während das Nusselt-Zahl-Verhältnis absinkt.
Daher ist die Verwendung dieses Bereichs bedeutungslos. Wenn H/L niedriger
als 0,17 ist, sinkt das Nusselt-Zahl-Verhältnis ab, so daß die Verwendung
dieses Bereichs bzw. dieser Region für eine effiziente Rippe nicht
geeignet ist. In der vorliegenden Erfindung wird daher ein Bereich
von H/L von 0,17 bis 0,20, in welchem das Rohrreibungs-Koeffizientenverhältnis niedrig
ist und das Nusselt-Zahl-Verhältnis
hoch ist, verwendet.
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Auch
der Beziehung zwischen der Amplitude A der Wellenform, die in der
Längsrichtung
mäandriert,
der gewellten Rippenstruktur 2 und der Wellenbreite H der
kanalförmigen
Wellenform ist bzw. wird eine Einstellung vorzugsweise so gemacht,
daß ein Verhältnis G/H
des Spalts G, der durch den Unterschied (H-A) zu der Wellenbreite
H definiert ist, in dem Bereich von –0,21 bis 0,19 liegt. Wenn
dieses Verhältnis
niedriger als –0,21
ist, steigt der Druckverlust an, was ein Problem in bezug auf eine
praktische Verwendung präsentieren
kann. Andererseits sinkt, wenn das Verhältnis 0,19 übersteigt, die Wärmeübergangsleistung
extrem, so daß die
Verwendung als eine effiziente Rippe nicht erreicht werden kann.
Weiterhin ist an dem Scheitel der Wellenform, die in der Längsrichtung
mäandrierend
ausgebildet ist, der Krümmungsradius
R für die
Wellenbreite H nicht kleiner als 1,7 H oder kleiner als 2,0 H ausgebildet.
In dem Fall, wo der Krümmungsradius
R kleiner als 1,7 H ist, nimmt der Scheitel einer Welle eine spitze
bzw. zugespitzte Form ein. Daher trennt sich der Gasstrom stark
von der Wandoberfläche
der Rippenstruktur ab, so daß der
Druckverlust ansteigt, und zur selben Zeit ist es wahrscheinlich,
daß sich
Ruß an der
Wandoberfläche
der Rippe ansammelt und Schmutz an der Wandoberfläche der
Rippe anhaftet. Andererseits wird, wenn der Krümmungsradius R 2,0 H übersteigt,
die Tangentiallinie einer Welle in der gewellten Rippenstruktur
diskontinuierlich, und somit kann die Wellenform selbst nicht ausgebildet
werden. Andererseits ist in dem Fall, wo das Heizrohr in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung verwendet wird, indem es in den Wärmetauscher
inkorporiert bzw. aufgenommen ist, um den Flußgeschwindigkeitsbereich in
dem optimalen Zustand aufrechtzuerhalten, die Anzahl von Heizrohren
vorzugsweise geeignet so reguliert, daß die Reynolds-Zahl etwa 2000 beträgt. Es ist
bevorzugt, das Heizrohr in dem Bereich zu verwenden, in welchem
die Reynolds-Zahl höchstens
5000 oder kleiner ist.
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Beispiel 2
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Ein
Wärmetauscherrohr 1a,
in welchem die gewellte Rippenstruktur 2 im wesentlichen
in der selben Weise wie in Beispiel 1 inkorporiert war, mit der Ausnahme,
daß die
Querschnittform des ebenen bzw. flachen Heizrohrs 1a rechteckig
war, wurde erhalten. Das EGR-Gas-Kühlsystem wurde einem Kühlleistungstest
unter denselben Bedingungen wie jenen von Beispiel 1 unterworfen
und dementsprechend wurden exzellente Ergebnisse, welche die gleichen
wie jene von Beispiel 1 waren, bestätigt.
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Beispiel 3
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Ein
laminierter Wärmetauscher 3,
in welchem eine Mehrzahl von Stufen von EGR-Gas-Flußpfaden 4-2,
die im wesentlichen dieselben Spezifikationen wie jene des ebenen
Heizrohrs 1a in Beispiel 2 aufweisen und einen rechteckigen Querschnitt
aufweisen, wurde hergestellt bzw. vorbereitet. Wie dies in 5 gezeigt
ist, wurde eine Rippenstruktur 2a, die im wesentlichen
mit denselben Spezifikationen wie jenen von Beispiel 1 ausgebildet
war, in den Strömungs- bzw. Flußpfad 4-2 eingesetzt.
Durch ein einstückiges
bzw. integrales Verbinden durch ein Löten der Rippenstruktur 2a an
einer Trennwand 4-1, welche einen Kühlwasserflußpfad 4-3 unterteilte,
wurde ein laminierter Wärmetauscher 3,
in welchem die gewellte Rippenstruktur 2a, welche im wesentlichen dieselbe
wie diejenige von Beispiel 1 war, in den Gasflußpfad 4-2 inkorporiert
war, erhalten. Der erhaltenen laminierte Wärmetauscher 3 wurde
einem Kühlleistungstest
in dem EGR-Gas-Kühlsystem
unter den selben Bedingungen wie jenen von Beispiel 1 unterworfen
und dementsprechend wurden exzellente Ergebnisse, welche die selben
wie jene von Beispiel 1 waren, bestätigt.
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Beispiel 4
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Das
ebene bzw. flache Heizrohr 1, das in Beispiel 1 verwendet
wurde, wurde hergestellt bzw. vorbereitet. Als eine gewellte Rippenstruktur 2b,
die an der Innenumfangsoberfläche
des Heizrohrs 1 vorgesehen bzw. zur Verfügung gestellt
ist, wurde durch ein Festlegen der Wellenbreite H der kanalförmigen Wellenform
auf 3,5 mm und Festlegen bzw. Einstellen der Wellenlänge L der
mäandrierenden
Wellenform auf 20,5 mm bestätigt,
daß das
Verhältnis
H/L der Wellenbreite H zu der Wellenlänge L der mäandrierenden Wellenform 0,171
war, was innerhalb der unteren Grenze des spezifizierten Bereichs
von 0,17 bis 0,20 lag. Auch wurde die Rippenstruktur 2b in
diesem Beispiel so eingestellt, daß zusätzlich zu dem obigen Erfordernis
die Amplitude A der Welle, die in 2 gezeigt
ist, auf 4,2 mm festgelegt wurde, und das Verhältnis (G/H) des Spalts G, der
durch den Unterschied zwischen der Wellenbreite H und der Amplitude
A zu der Wellenbreite H der Kanalform bestimmt wurde, nämlich den
Unterschied (H-A), war in dem oberen Grenzbereich selbst in dem
Bereich von –0,21
bis 0,19. Weiterhin wurde an dem Scheitel der Wellenform, die in
der Längsrichtung
mäandrierend ausgebildet
ist, die in 2 gezeigt ist, ein Krümmungsradius
von 6,0 R ausgebildet, und es wurde eine Einstellung so gemacht,
daß der
Krümmungsradius
R basierend auf der Wellenbreite H der Kanalform in den minimalen
Bereich von 1,7 H bis 2 H fällt. Ein
Wärmetauscherrohr 1c wurde
auf dieselbe Weise wie in Beispiel 4 erhalten, wobei die obige Beschreibung
weggelassen ist. Ein Kühlleistungstest
an dem EGR-Gas-Kühlsystem
wurde unter denselben Bedingungen wie jenen von Beispiel 1 durchgeführt und dementsprechend
resultierend wurden exzellente Ergebnisse bestätigt, welche dieselben wie
jene von Beispiel 4 waren.
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Beispiel 6
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Eine
gewellte Rippenstruktur 2d, die dieselbe Konstruktion wie
jene von Beispiel 1 aufweist, mit der Ausnahme, daß ein Kerbenabschnitt 2d-4 in
einem gekrümmten
Seitenwandabschnitt 2d-3 der gewellten Rippenstruktur 2d ausgebildet
war, so daß das
Fluid zwischen den benachbarten Fluidflußpfaden fließen konnte,
wie dies in 6 gezeigt ist, wurde ausgebildet.
Die Rippenstruktur 2d wurde in das ebene Heizrohr in derselben
Weise wie in Beispiel 1 inkorporiert, wodurch ein Wärmetauscherrohr 1d dieses
Beispiels erhalten wurde. Ein Kühlleistungstest
in dem EGR-Gas-Kühlsystem
wurde unter denselben Bedingungen wie jenen von Beispiel 1 ausgeführt, dementsprechend
wurden exzellente Ergebnisse bestätigt, welche dieselben wie
jene von Beispiel 1 waren.
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INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
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Wie
dies aus den oben beschriebenen Beispielen ersichtlich ist, ist
das Wärmetauscherrohr
in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung ein ebenes bzw. flaches Rohr, das
eine im wesentlichen elliptische Querschnittsform oder eine im wesentlichen
rechteckige bzw. rechtwinkelige Querschnittsform aufweist. Die gewellte
bzw. Wellrippenstruktur, welche eine kanalförmige Wellenform aufweist,
die einen im wesentlichen rechteckigen Querschnitt aufweist, und
eine gekrümmte
Oberfläche
besitzt, die die Wellenform mit einer vorbestimmten Wellenlänge in der
Längsrichtung
mäandrierend
ausbildet, ist einstückig
bzw. integral in dem Flußpfad
des gekühlten Mediums,
wie dem EGR Gas auf der Innenumfangsoberfläche des ebenen Rohrs inkorporiert
bzw. aufgenommen, wodurch das Wärmetauscherrohr
ausgebildet ist bzw. wird. Für
das Heizrohr in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung ist die inkorporierte gewellte Rippenstruktur
so konfiguriert, daß,
wenn die Wellenbreite der Kanalform H sein soll und die Wellenlänge der
Mäandrierung
L sein soll, das Verhältnis
H/L innerhalb des Bereichs von 0,17 bis 0,20 liegt, als das Basiserfordernis,
und zusätzlich das
Verhältnis
G/H des Spalts G, der durch einen Unterschied bzw. eine Differenz
(H-A) zwischen der Wellenbreite H und der Amplitude A der Mäandrierung
zur Wellenbreite H bestimmt ist bzw. wird, innerhalb des Bereichs
von –0,21
bis 0,19 liegt, und der Krümmungsradius
R in dem Bereich von 1,7 H bis 2 H an dem Scheitel der Mäandrierung
als zusätzliche Erfordernisse
ausgebildet ist. Durch das Wärmetauscherrohr
in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung, das wie oben beschrieben konstruiert
ist, sichert das Hochtemperaturabgas, wie beispielsweise EGR Gas,
das in dem Heizrohr fließt
bzw. strömt, eine
exzellente Wärmeübergangsleistung
und einen niedrigeren Druckverlust, und in dem Abgaskühlsystem
wird die Wärmeaus tauschleistung,
welche das Kühlsystem
aufweist, auf das Maximum gebracht, so daß eine hohe Kühleffizienz
bzw. -wirkung erhalten werden kann, was stark zu einer Energieeinsparung beiträgt. Auch
kann das Heizrohr in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung durch ein sehr einfaches Herstellungsverfahren,
beinhaltend die inkorporierte gewellte Rippenstruktur, hergestellt
werden und der erhaltene Effekt ist bemerkenswert groß trotz
der Tatsache, daß die
Mittel für
ein Installieren des Heizrohrs in dem Wärmetauscher leicht sind. Daher
wird erwartet, daß der
Schalen- und Rohr-Typ-Wärmetauscher,
der mit dem Heizrohr zusammengepaßt ist, weit verbreitet als
ein Wärmetauscherrohr
in seinem technischen Gebiet verwendet werden wird, da das EGR-Gas-Kühsystem
usw. klein in der Größe und leicht
im Gewicht bei niedrigen Kosten gemacht werden kann.