DE102007019583A1

DE102007019583A1 - Teflonbeschichteter Wärmetauscher

Info

Publication number: DE102007019583A1
Application number: DE102007019583A
Authority: DE
Inventors: Forrest A. Royal Oak Jehlik
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2006-04-25
Filing date: 2007-04-25
Publication date: 2007-11-29
Anticipated expiration: 2027-04-26
Also published as: US20070246203A1; DE102007019583B4; US7461639B2

Abstract

Ein Wärmetauscher umfasst ein Gehäuse mit einem Abgaseinlass, einem Abgasauslass, einem Fluideinlass und einem Fluidauslass. Eine Vielzahl von Wärmeaustauschkanälen weist eine erste Fläche in Fluidverbindung mit dem Abgaseinlass und dem Abgasauslass auf und weist eine zweite Fläche in Fluidverbindung mit dem Fluideinlass und dem Fluidauslass auf, wobei die erste Fläche mit einem Material beschichtet ist, das Teflon<SUP>R</SUP> umfasst.

Description

Querverweis auf verwandte Anmeldungen
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der provisorischen US-Anmeldung Nr. 60/794 796, eingereicht am 25. April 2006. Die Offenlegung der obigen Anmeldung ist hierin durch Bezugnahme aufgenommen.
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft Wärmetauscher und im Spezielleren Wärmetauscher für ein Abgasrückführungssystem eines Fahrzeugs.
Hintergrund der Erfindung
Fahrzeugmotoren erzeugen Stickoxide (NOx) als ein Bestandteil von Fahrzeugemissionen. Im Bemühen, NOx-Konzentrationen in Fahrzeugemissionen zu reduzieren, verwenden Hersteller typischerweise ein Abgasrückführungs (AGR-)System. Das AGR-System reduziert NOx-Konzentrationen, indem es Abgas in den Einlasskrümmer zurückführt, wo sich das Abgas mit hereinströmender Luft und Kraftstoff mischt. NOx bildet sich in hohen Konzentrationen, wenn Verbrennungstemperaturen eine vorbestimmte Temperatur überschreiten. Durch Verdünnen des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses werden Spitzenverbrennungstemperaturen reduziert.
Verbrennungstemperaturen können ferner durch Kühlen des rückgeführten Abgases reduziert werden. Daher umfassen einige AGR-Systeme einen Wärmetauscher, der das Abgas vor dem Einspritzen in den Einlasskrüm mer kühlt. Ein Ventil oder eine andere Dosiervorrichtung kann verwendet werden, um die Strömung von Abgas in den Einlasskrümmer zu regeln.
In dem Wärmetauscher bewegt sich das Abgas durch eine Vielzahl von Wärmeaustauschkanälen, die aus einem wärmeleitenden Material hergestellt sind. Eine Fläche der Wärmeaustauschkanäle steht in Kontakt mit dem Abgas und eine weitere Fläche steht in Kontakt mit einem Fluid (Kühlmittel oder Luft), das Wärme von dem Abgas aufnimmt. Der Wirkungsgrad der Wärmeübertragung kann durch Verschmutzung oder Koagulation von Abgasteilchen in den Wärmeaustauschkanälen verringert sein. Infolgedessen ist der Wärmetauscher normalerweise überdimensioniert, um eine Verschmutzung zu kompensieren. Dies beeinträchtigt den Packraum, die Wärmetauscherkonstruktion und/oder das Fahrzeuggewicht.
Zusammenfassung der Erfindung
Demgemäß umfasst ein Wärmetauscher ein Gehäuse mit einem Abgaseinlass, einem Abgasauslass, einem Fluideinlass und einem Fluidauslass. Eine Vielzahl von Wärmeaustauschkanälen weist eine erste Fläche in Fluidverbindung mit dem Abgaseinlass und dem Abgasauslass auf und weist eine zweite Fläche in Fluidverbindung mit dem Fluideinlass und dem Fluidauslass auf, wobei die erste Fläche mit einem Material beschichtet ist, das Teflon^® umfasst.
In einem Merkmal umfasst das Gehäuse eine Einlass- und eine Auslassplatte, wobei erste Enden der Vielzahl von Wärmeaustauschkanälen mit der Einlassplatte zusammenpassen und zweite Enden der Vielzahl von Wärmeaustauschkanälen mit der Auslassplatte zusammenpassen.
In einem weiteren Merkmal umfassen die Wärmeaustauschkanäle eine Vielzahl von länglichen Rohren, die sich zwischen der Einlassplatte und der Auslassplatte erstrecken.
In einem noch weiteren Merkmal umfasst das Teflon^® umfassende Material ferner Bronze.
In einem noch weiteren Merkmal umfasst ein Abgasrückführungssystem den Wärmetauscher und ein Abgasrückführungsventil, das Abgas von einem Auspuff zu einem Motor leitet.
In einer alternativen Ausführungsform umfasst ein Wärmetauscher ein Gehäuse mit einem Abgaseinlass, einem Abgasauslass, einem Fluideinlass und einem Fluidauslass. Ein Abgaskanal, der in Fluidverbindung mit dem Abgasauslass und dem Abgaseinlass steht, umfasst einen Bereich zwischen einander zugewandten Flächen einer ersten Platte und einer zweiten Platte und die einander zugewandten Flächen sind mit einem Material beschichtet, das Teflon^® umfasst. Ein Fluidkanal, der in Fluidverbindung mit dem Fluideinlass und dem Fluidauslass steht, umfasst einen Bereich zwischen einander zugewandten Flächen der zweiten Platte und einer dritten Platte und die zweite Platte überträgt Wärme von Abgas, das durch den Abgaskanal strömt, auf ein Fluid, das durch den Fluidkanal strömt.
Weitere Anwendungsgebiete der vorliegenden Erfindung werden aus der hierin nachfolgend bereitgestellten detaillierten Beschreibung ersichtlich. Es sollte einzusehen sein, dass die detaillierte Beschreibung und spezifischen Beispiele, während sie die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung angeben, nur zur Illustration dienen und den Umfang der Erfindung nicht einschränken sollen.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Die vorliegende Erfindung wird aus der detaillierten Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen besser verständlich, in denen:
1 ein funktionelles Blockdiagramm ist, das ein Fahrzeug mit einem Abgasrückführungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
2A eine seitliche Querschnittsansicht eines Röhrenwärmetauschers gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
2B eine Querschnitts-Draufsicht eines Röhrenwärmetauschers gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
3A einen Plattenwärmetauscher gemäß einer alternativen Ausführungsform veranschaulicht;
3B eine seitliche Querschnittsansicht eines Plattenwärmetauschers gemäß einer alternativen Ausführungsform ist; und
3C eine seitliche Querschnittsansicht eines Plattenwärmetauschers gemäß der alternativen Ausführungsform ist.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugen Ausführungsformen
Die nachfolgende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform/en ist lediglich beispielhaft und soll die Erfindung, ihre Anwendung oder ihre Verwendungen in keiner Weise einschränken. Wie hierin verwendet, bezieht sich der Begriff „Modul" auf einen anwendungsspezifischen integrier ten Schaltkreis (ASIC), einen elektronischen Schaltkreis, einen Prozessor (geteilt, dediziert, oder eine Gruppe) und einen Speicher, der ein oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme ausführt, eine kombinierte Logikschaltung und/oder andere geeignete Komponenten, die die beschriebene Funktionalität bereitstellen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung sind Flächen von Wärmeaustauschkanälen in einem Wärmetauscher mit einem Material beschichtet, das Teflon^® umfasst, um eine Verschmutzung zu verringern.
Unter nunmehriger Bezugnahme auf 1 umfasst ein Fahrzeug 10 ein Abgasrückführungs (AGR-)System 14 auf, das rückgeführtes Abgas 16 selektiv einem Motor 17 zuführt. Das AGR-System 14 umfasst das AGR-Ventil 18 und einen Wärmetauscher 19. Ein Steuermodul 20 öffnet und schließt das AGR-Ventil 18 während eines Motorbetriebes selektiv, um das rückgeführte Abgas 16 in einen Einlasskrümmer 24 zu lassen. Das AGR-Ventil 18 kann zwischen teilweise offenen und teilweise geschlossenen Positionen positioniert sein. Abgas 30 von dem Motor 17 strömt in einen Abgaskrümmer 32. Ein Rückführungsabgaskanal 34 leitet einen Teil des Abgases 30 in das AGR-System 14. Der Wärmetauscher 19 kühlt das rückgeführte Abgas 16.
Für Fachleute sei angemerkt, dass die vorliegende Erfindung auf verschiedene Wärmetauscherkonfigurationen anwendbar ist. Der Wärmetauscher kann beispielsweise vom Röhrentyp, Plattentyp, Schalentyp oder von einer beliebigen anderen geeigneten Ausführung sein.
Unter nunmehriger Bezugnahme auf die 2A und 2B umfasst eine beispielhafte Ausführungsform eines Röhrenwärmetauschers 28 eine Vielzahl von Rohren 50, die in einem Gehäuse 52 angeordnet sind. Eine Abgas- Einlassöffnung 53 und eine Abgas-Auslassöffnung 54 sind an entgegengesetzten Enden des Wärmetauschers 28 angeordnet. Das Gehäuse 52 umfasst auch eine Fluid-Einlassöffnung 55 und eine Fluid-Auslassöffnung 56. Eine Einlassplatte 58 und eine Auslassplatte 59 können zwischen der Abgas-Einlassöffnung 53 und dem Gehäuse 52 bzw. zwischen dem Gehäuse 52 und der Abgas-Auslassöffnung 54 positioniert sein.
Das rückgeführte Abgas 16 tritt durch die Abgas-Einlassöffnung 53 in den Wärmetauscher 28 ein, strömt durch die Vielzahl von Rohren 50 und tritt durch die Abgas-Auslassöffnung 54 aus. Das rückgeführte Abgas 16 wird gekühlt, wenn es durch die Vielzahl von Rohren 50 strömt. Beispielsweise umgibt ein Fluid 60, z. B. ein Kühlmittel oder Luft, die Rohre 50. Da die Rohre 50 aus einem stark leitenden Material hergestellt sind, nimmt das die Rohre 50 umgebende Fluid 60 Wärme auf, wenn das rückgeführte Abgas 16 durch die Rohre 50 strömt.
Die Fluid-Einlassöffnung 55 und die Fluid-Auslassöffnung 56 definieren einen Durchgang durch das zylindrische Gehäuse 52 für das Fluid 60. Im Spezielleren tritt das Fluid 60 in die Fluid-Einlassöffnung 55 ein, strömt zwischen den Rohren 50 und tritt durch die Fluid-Auslassöffnung 56 aus. Die Einlass- und Auslassplatten 58, 59 halten das Fluid 60 innerhalb des Gehäuses 52.
Ein Material 64, das Teflon^® umfasst, wird auf die Innenflächen der Rohre 50 aufgebracht. Das Material 64 kann ein wärmeleitendes Material umfassen, da Teflon^® eine Wärmeübertragung behindert. Das wärmeleitende Material kann Bronze umfassen. Wenn das Material 64 auf die Wärmeaustauschkanäle in dem Wärmetauscher 28 aufgebracht ist, verringert es eine Verschmutzung.
Unter nunmehriger Bezugnahme auf 3A ist eine alternative Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Plattenwärmetauscher 100. Der Plattenwärmetauscher 100 umfasst eine Vielzahl von Platten, in Verbindung mit den 3B und 3C gezeigt, innerhalb eines Gehäuses 102. Ein Abgaseinlass 104, ein Abgasauslass 106, ein Fluideinlass 108 und ein Fluidauslass 109 stehen in Fluidverbindung mit den Platten innerhalb des Gehäuses 102.
Unter nunmehriger Bezugnahme auf 3B veranschaulicht eine seitliche Querschnittsansicht des Plattenwärmetauschers 100 die Strömung eines Abgases 110 durch den Plattenwärmetauscher 100. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung tritt das Abgas 110 durch den Abgaseinlass 104 in den Plattenwärmetauscher 100 ein und strömt durch eine Vielzahl von Abgaskanälen 111 und aus dem Abgasauslass 106 heraus. Die Platten 112 sind in paralleler Anordnung zueinander innerhalb des Gehäuses 102 angeordnet. Die Platten 112 sind voneinander getrennt, um Abgaskanäle 111 und Fluidkanäle 113 zu erzeugen, damit das Abgas 110 bzw. das Fluid 114 hindurch strömt. Eine Seite der Platten 112 steht in Fluidverbindung mit dem Abgas 110 und die entgegengesetzte Seite steht in Fluidverbindung mit dem Fluid 114. Ein Material 115 auf der Basis von Teflon^® wird verwendet, um die Abgaskanäle 111, den Abgaseinlass 104 und den Abgasauslass 106 zu beschichten und eine Verschmutzung zu verringern.
Unter nunmehriger Bezugnahme auf 3C veranschaulicht eine seitliche Querschnittsansicht des Plattenwärmetauschers 100 die Strömung eines Fluids 114 durch den Plattenwärmetauscher 100. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung tritt das Fluid 114 durch den Fluideinlass 108 ein und strömt durch eine Vielzahl von Fluidkanälen 113, die zwischen den Platten 112 angeordnet sind, und aus dem Fluidauslass 109 heraus. Die Platten 112 übertragen Wärme von dem Abgas 110 auf das Fluid 114. In einigen Ausführungen können das Abgas 110 und das Fluid 114 in derselben Richtung strömen (nicht gezeigt) und/oder die Platten 112 können Vertiefungen (nicht gezeigt) aufweisen, um eine effizientere Wärmeübertragung zu schaffen.
Der Fachmann wird nun aus der vorhergehenden Beschreibung einsehen, dass die umfassende Lehre der vorliegenden Erfindung in einer Vielfalt von Formen ausgeführt werden kann. Daher soll, während die Erfindung in Verbindung mit speziellen Beispielen davon beschrieben wurde, der wahre Umfang der Erfindung nicht in dieser Weise begrenzt sein, da für den praktischen Fachmann nach einem Studium der Zeichnungen, der Beschreibung und der nachfolgenden Ansprüche weitere Abwandlungen offensichtlich werden.

Claims

Wärmetauscher, der umfasst: ein Gehäuse mit einem Abgaseinlass, einem Abgasauslass, einem Fluideinlass und einem Fluidauslass; und eine Vielzahl von Wärmeaustauschkanälen mit einer ersten Fläche in Fluidverbindung mit dem Abgaseinlass und dem Abgasauslass und mit einer zweiten Fläche in Fluidverbindung mit dem Fluideinlass und dem Fluidauslass, wobei die erste Fläche mit einem Material beschichtet ist, das Teflon^® umfasst.
Wärmetauscher nach Anspruch 1, wobei das Gehäuse eine Einlass- und eine Auslassplatte umfasst, wobei erste Enden der Vielzahl von Wärmeaustauschkanälen mit der Einlassplatte zusammenpassen und zweite Enden der Vielzahl von Wärmeaustauschkanäle mit der Auslassplatte zusammenpassen.
Wärmetauscher nach Anspruch 2, wobei die Wärmeaustauschkanäle eine Vielzahl von länglichen Rohren umfassen, die sich zwischen der Einlassplatte und der Auslassplatte erstrecken.
Wärmetauscher nach Anspruch 1, wobei das Teflon^® umfassende Material ferner Bronze umfasst.
Abgasrückführungssystem, umfassend den Wärmetauscher nach Anspruch 1, ferner mit einem Abgasrückführungsventil, das Abgas von einem Auspuff zu einem Motor leitet.
Wärmetauscher, der umfasst: ein Gehäuse mit einem Abgaseinlass, einem Abgasauslass, einem Fluideinlass und einem Fluidauslass; einen Abgaskanal in Fluidverbindung mit dem Abgasauslass und dem Abgaseinlass, der einen Bereich zwischen einander zugewandten Flächen einer ersten Platte und einer zweiten Platte umfasst, wobei die einander zugewandten Flächen mit einem Material beschichtet sind, das Teflon^® umfasst; und einen Fluidkanal in Fluidverbindung mit dem Fluideinlass und dem Fluidauslass, der einen Bereich zwischen einander zugewandten Flächen der zweiten Platte und einer dritten Platte umfasst, wobei die zweite Platte Wärme von Abgas, das durch den Abgaskanal strömt, auf ein Fluid überträgt, das durch den Fluidkanal strömt.
Wärmetauscher nach Anspruch 6, wobei das Teflon^® umfassende Material ferner Bronze umfasst.
Abgasrückführungssystem, umfassend den Wärmetauscher nach Anspruch 1, ferner mit einem Abgasrückführungsventil, das Abgas von einem Auspuff zu einem Motor leitet.