DE102007011635A1

DE102007011635A1 - Wärmetauschrohr mit den spiralförmigen Nuten

Info

Publication number: DE102007011635A1
Application number: DE102007011635A
Authority: DE
Inventors: Jianzhou Chaoyang Jing; Xiaoai Chaoyang Yang; Donghao Chaoyang Shen; Jiankun Chaoyang Jing
Original assignee: BEIJING U BRIDGE CHAOYANG LLC
Current assignee: BEIJING U BRIDGE CHAOYANG LLC
Priority date: 2006-03-09
Filing date: 2007-03-09
Publication date: 2007-09-13
Also published as: US20070209788A1; CN101033925A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Wärmetauschrohr mit den spiralförmigen Nuten, das ein rostfreies Stahlrohr mit spiralförmigen Nuten einschließt, die Breite und die Höhe des Querschnittes des rostfreien Stahlrohres sind ungleich. Im Abgaskreislaufsystem des Verbrennungsmotors dient das rostfreie Stahlrohr als Wärmetauschrohr des Kühlers. Dadurch wird die Wärmetauschleistung des Kühlers verbessert. Darüber hinaus senkt sich der Dreck nicht auf die inneren und äußeren Oberflächen des Wärmetauschrohrs ab. Die Emission des Motors wird reduziert. Dadurch wird dem Standard der Emission entsprochen.

Description

Technisches Feld
Die Erfindung betrifft ein Wärmetauschrohr mit spiralförmigen Nuten, deren Breite und die Höhe des Querschnittes des rostfreien Stahlrohres ungleich sind, das auf dem Kühlungssystem der Abgasrücknahme des Automotors angewendet wird.

Technischer Hintergrund

Die Kühlung bei der Abgasrücknahme ist eine wirksame Technik zur Senkung der Emission der Stickoxide beim Dieselmotor. Das Prinzip: Nachdem die Temperatur des Abgases durch den Kühler reduziert worden ist, wird das Abgas in die Brennkammer zurückgeführt. Dadurch wird die Temperatur der Brennkammer reduziert. Weiterhin werden Erzeugung und Emission der Stickoxide reduziert. In diesem System ist der Kühler das entscheidende Element. Die Temperatur des Rücknahmeabgases hängt von der Wärmeaustauschleistung des Kühlers ab. Deshalb ist Verbesserung der Wärmeaustauschleistung des Kühlers allererstes technische Ziel bei dem Design unter der Voraussetzung, dass es kosteneffektiv ist. Wärmeaustauschrohr ist ein entscheidendes Teil. Die Wärmeaustauschkennziffer des Wärmeaustauschrohrs entscheidet Wärmeaustauschleistung des Kühlers. Deshalb soll die Wärmeaustauschkennziffer soweit es möglich ist stetig verbessert werden.

Im Kühler für die Abgasrücknahme des Verbrennungsmotors häufig angewendete Wärmetauschrohre sind rostfreies Stahlrohr mit den spiralförmigen Nuten, dessen Querschnitt rund ist. Aber die Umweltschutzregeln über Abgasemission des Autos werden immer ernster. Die Wärmetauschleistung der traditionellen Wärmetauschrohre entspricht nicht mehr der neuen angebrachter Verordnung für die Emission der Stickoxide, da die viel strenger als früher ist. Die Wärmetauschrohre mit rundem Querschnitt passen sich dem begrenzten Raum zum Einbau des Abgaskreislaufsystems nicht an.

Inhalt der Erfindung

Der Zweck dieser Erfindung ist ein neues Wärmetauschrohr mit höherer Wärmetauschleistung ohne eine Änderung der Größe des Kühlers zu entwerfen. Dadurch kann die Wärmetauschleistung deutlich verbessert werden.

Dafür wurde die Erfindung eines Wärmetauschrohres mit spiralförmigen Nuten entworfen. Dieses Wärmetauschrohr enthält ein rostfreies Stahlrohr, dessen Breite und Höhe des Querschnittes ungleich sind.

In obengenannter Konzeption kann der Querschnitt des erwähnten rostfreie Stahlrohrs rechteckig mit gefügiger Fuge an der Verbindungsstelle der zwei Seiten sein. Der Querschnitt des rostfreien Stahlrohres besteht aus zwei einander gegenüberstehenden kurzen Seiten und einander gegenüberstehenden langen Seiten. Die zwei kurzen Seiten sind konvex und die zwei langen Seiten gerade oder konvex; Der Querschnitt des rostfreien Stahlrohres kann auch rund sein. Es ist zu erläutern, dass der erwähnte Querschnitt nicht die spiralförmige Nute berücksichtigt. Der Querschnitt in dieser Erfindung soll die spiralförmige Nute berücksichtigen. Die erwähnten spiralförmigen Nuten können mehr, ungebrochen oder unterbrochen eingebaut werden; Der Querschnitt der spiralförmigen Nuten können „U" oder „V"-förmig herstellt werden. Dadurch lässt sich eine Formfläche mit kleiner Größe gestalten; Der Steigungswinkel β der spiralförmigen Nuten wird 20° bis 75° geplant. Ihre Tiefe D ≥ 0.4mm, um vollständig verwickelte Fluid zu gestalten; Um kostengünstig zu sein und leicht zu bearbeiten, werden alle Scharfwinkel als Bogen mit R gestaltet. Die Fuge von spiralförmiger Nute und rostfreiem Stahlrohr sind Bogen, dadurch können alle Oberflächen vollständig Wärme tauschen.

Wenn Abgas durch das Wärmetauschrohr fließt, wird das um die spiralförmige Beule fließen und Trennung der Grenzschicht des Abgases vorkommen. Es wird Wirbelströme hinter spiralförmiger Beule formieren. Diese Wirbelströme und Trennung der Grenzschicht des Abgases werden die Wärmeübertragung vergrößern. Die spiralförmige Beule können spiralförmige Bewegung des Abgases und komplizierte zweite schneckenförmige Strömung (sekundärer Fluß) herbeiführen. Turbulenzen, besonders Beunruhigung zur Grenzschicht der Nahbereich der Gehäuse werden vermehrt. Weiterhin wird das Fluidum in Grenzschicht und im Center gemischt, wodurch die Wärmekonvektion verstärkt wird. Die zweite schneckenförmige Strömung hat die Wirkung zur Laplace-Verteilung der Geschwindigkeit des Fluidums in Querschnitt. Besonders in der obengenannten rechteckigen Querschnitte, elliptischen Querschnitte u.a. vier Querschnitte wird die Dichtheit der Grenzschicht durch die Wirkung der Zentripetalkraft, die aus zweite schneckenförmige Strömung und Umdrehung kommt, offensichtlich reduziert. Die critical Reynolds number wird niederläßt. Das heißt, die Umsetzung von laminare Strömung zum Turbulenz kommt verfrüht vor. Die Turbulenzen spülen intensive Schmutzflecke im Wärmetauschrohr aus. Dadurch verschmutzt das Wärmetauschrohr mit obengenannten rechteckigen Querschnitte, elliptischen Querschnitte u.a. vier Querschnitte nicht so leicht, was günstig ist für die Wärmeleitung.

Darüber hinaus wird die Wärmeleitungswirkung des Wärmetauschrohrs mit den spiralförmigen Nuten und rundem Querschnitt und mit elliptischem Querschnitt bei der gleichen Größe des Querschnittes durch Experiment verglichen. In 1 und 2 wird die Beziehungskurven zwischen der Wärmetauschkennziffer und der Größe des Querschnittes durch A und B gezeigt. Die beiden Wärmetauschrohre haben den elliptischen Querschnitt und die spiralförmigen Nuten. Die Beziehungskurven zwischen der Wärmetauschkennziffer und der Fliessgeschwindigkeit ist durch A' und B' gezeigt. Die beiden Wärmetauschrohre haben elliptischen Querschnitt und spiralförmige Nuten. Die Beziehungskurven zwischen der Wärmetauschkennziffer und der Größe des Querschnittes ist durch C, zwischen der Wärmetauschkennziffer und der Fliessgeschwindigkeit durch C' gezeigt. Die beiden Wärmetauschrohre haben runden Querschnitt und spiralförmigen Nuten.

1 zeigt, dass die Wärmetauschkennziffer des Wärmetauschrohrs mit dem elliptischen Querschnitt und den spiralförmigen Nuten viel größer ist als die mit dem runden Querschnitt bei gleicher Größe des Fluidquerschnitts.

2 zeigt, dass die Wärmetauschkennziffer des Wärmetauschrohrs mit dem elliptischen Querschnitt und den spiralförmigen Nuten schneller als die mit dem runden Querschnitt bei der Erhöhung der Fluidgeschwindigkeit erhebt, und die Letztere neigt bis einen Zeitpunkt schneller zu einem Festwert.

Es wird bestätigt, daß der Kühler dieser Erfindung bessere Kühlungswirkung als der ursprüngliche Kühler bei gleicher Größe des Kühlers hat. Dadurch wird die Eigenschaft des Diesels bei der Emission deutlich verbessert. Somit kann den strengeren Vorschriften entsprochen werden.

Die Erfindung wird im Folgenden beispielsweise mit Bezug auf die Zeichnungen detailliert beschrieben, in welcher zeigt:

Erläuterung der Zeichnungen
1 Die Beziehungskurve zwischen der Wärmetauschkennziffer und dem Querschnitt des Wärmetauschrohrs mit dem elliptischen Querschnitt und den spiralförmigen Nuten verglichen mit den mit dem runden Querschnitt gemäß der Erfindung;
2 Die Beziehungskurve zwischen der Wärmetauschkennziffer und der Fluidgeschwindigkeit im Wärmetauschrohr mit dem elliptischen Querschnitt und den spiralförmigen Nuten verglichen mit den mit dem runden Querschnitt gemäß der Erfindung;
3 ein dreidimensionales Schema des ersten umgesetzten Beispiels gemäß der Erfindung;
4 ein schematischer Schnitt des ersten umgesetzten Beispiels in 3;
5 ein dreidimensionales Schema des zweiten umgesetzten Beispiels gemäß der Erfindung;
6 ein schematischer Schnitt des zweiten umgesetzten Beispiels in 5;
7 ein dreidimensionales Schema des dritten umgesetzten Beispiels gemäß der Erfindung;
8 ein schematischer Schnitt des dritten umgesetzten Beispiels in 7;
9 ein dreidimensionales Schema des vierten umgesetzten Beispiels gemäß der Erfindung;
10 ein schematischer Schnitt des vierten umgesetzten Beispiels in 9.
Konkrete Ausführungsweise
3 und 4 zeigen das dreidimensionale Schema und den schematischen Schnitt des ersten umgesetzten Beispiels gemäß der Erfindung; 4 zeigt den schematischen Schnitt des ersten umgesetzten Beispiels in 3.
Das in 3 und 4 gezeigte rostfreie Stahlrohr 2, das außerhalb eine spiralförmigen Nute 21 aufweist. Um die größte Wärmeaustauschfläche zu erhalten und leicht zu bearbeiten, werden die Fugen beider Seiten in diesem Beispiel mit Radius R hergestellt. Abgesehen von spiralförmigen Nuten, ist der Querschnitt des rostfreien Stahlrohrs 2 ein Rechteck, dessen Breite und Höhe nicht gleich und die Fuge der nebeneinander Seiten rund sind. Wie in 4 gezeigt, ist a Höhe. Die spiralförmige Nuten können eine oder mehrere sein; Der Querschnitt der spiralförmigen Nuten können in „U"- oder „V"-Form hergestellt werden. Dadurch lässt sich eine Formfläche mit kleiner Größe gestalten; Der Steigungswinkel β der spiralförmigen Nuten wird mit 20° bis 75° geplant. Ihre Tiefe beträgt D ≥ 0.4mm.
5 und 6 zeigen dreidimensionales Schema und schematischer Schnitt des zweiten umgesetzten Beispiels gemäß der Erfindung. 6 zeigt, dass nicht wie in erste Beispiel die gegenüberliegenden kurzen Seiten des rostfreien Stahlrohrs im zweiten Beispiel die konvexen Bogen mit Radius R1 sind. Bleibende Teile sind gleich wie im ersten Beispiel. Dadurch ist es leicht herzustellen.
7 und 8 zeigen das dreidimensionale Schema des dritten umgesetzten Beispiels und einen schematischen Schnitt gemäß der Erfindung. Um gute Qualität des Produktes zu erhalten, wird die gegenüberliegende lange Seiten des rostfreien Stahlrohrs 2 im dritten Beispiel der konvexe Bogen basierend auf dem zweiten Beispiel hergestellt, d.h. die vier Seiten sind konvexe Bogen geworden. 8 zeigt, dass der Radius R' bei den gegenüberliegenden langen Seiten viel größer als der Radius R bei den gegenüberliegenden kurzen Seiten ist. Dadurch kann ein Einsturz des Gehäuse verhindert werden. Bleibende Teile sind gleich wie in erste Beispiel.
9 und 10 zeigen das dreidimensionale Schema des vierten umgesetzten Beispiels und einen schematischen Schnitt gemäß der Erfindung. Das vierte Beispiel ist eine Ableitung basierend auf dem zweiten Beispiel, d.h. ohne spiralförmige Nute wird der Querschnitt des rostfreie Stahlrohrs 2 oval, dessen lange Achse b größer als die Höhe a. Die übrigen Teile sind gleich wie in erste Beispiel.
Mit dem Kühler der Erfindung kann bei gleicher Größe bessere Kühlungswirkung erzielt werden, die Eigenschaft der Emission des Diesels wird dadurch verbessert und dem strengeren Standard über Umweltschutz wird dadurch entsprochen.
Zuletzt ist zu beschreiben, daß die oben erwähnte Beispiele zur Beschreibung der technischen Konzeption, nicht zur Beschränkung der vorliegenden Erfindung dienen, obwohl die Erfindung mit besserem Beispiel detaillierter beschrieben wäre, sollte der Fachmann verstehen, daß er die technische Konzeption ändern oder die gegenwärtige ersetzen kann, ohne dadurch den der Bereich der technischen Konzeption der Erfindung zu verlassen.

Claims

Wärmetauschrohr mit spiralförmigen Nuten, das ein rostfreies Stahlrohr mit spiralförmigen Nuten einschließt, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite und die Höhe der Querschnitt des rostfreien Stahlrohres nicht gleich sind.
Wärmetauschrohr mit den spiralförmigen Nuten nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt des rostfreien Stahlrohres rechteckig ist und die Übergangsknüpfung der einander benachbarten Seiten kreisförmig sind.
Wärmetauschrohr mit spiralförmigen Nuten nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt des rostfreien Stahlrohres aus zwei einander gegenüberstehenden kurzen Seiten und langen Seiten besteht, wobei die zwei kurzen Seiten konvex und die zwei langen Seiten gerade sind.
Wärmetauschrohr mit konvex spiralförmigen Nuten nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei langen Seiten konvex sind.
Wärmetauschrohr mit den spiralförmigen Nuten nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt des rostfreien Stahlrohres oval erscheint.
Wärmetauschrohr mit den spiralförmigen Nuten nach Anspruch 1, Anspruch 2 oder Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmetauschrohr ein oder mehre spiralförmigen Nuten enthält.
Wärmetauschrohr mit den spiralförmigen Nuten nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die ein oder mehreren spiralförmigen Nuten ungebrochen oder unterbrochen eingebaut werden.
Wärmetauschrohr mit den spiralförmigen Nuten nach Anspruch 1, Anspruch 2 oder Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt der spiralförmigen Nuten „U"- oder „V"-förmig erscheint.
Wärmetauschrohr mit spiralförmigen Nuten nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Fuge zwischen den spiralförmigen Nuten und dem rostfreien Stahlrohr einen gefügigen Übergang hat.