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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Wärmetauscher zum
Kühlen von Gas von hoher Temperatur, bei welchem Gas von
hoher Temperatur durch Verwenden eines Kühlmediums, wie
zum Beispiel Wasser, gekühlt wird. Es wird bevorzugt, dass
die vorliegende Erfindung auf einen Wärmetauscher für eine
Abgasrückführung (EGR) angewendet wird, welcher
hier im Folgenden auch als ein EGR-Wärmetauscher bezeichnet
wird, welcher eine Struktur ohne eine Sammlerplatte aufweist, d.
h. eine sammlerplattenlose Struktur.
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Zum
Beispiel offenbaren die
JP-A-2002-137054 ,
die
JP-A-2000-54916 und
die
JP-A-2007-51576 einen
herkömmlichen EGR-Wärmetauscher. Bei dem herkömmlichen
EGR-Wärmetauscher durchdringen beide Enden eines Rohres, welches
als ein EGR-Gasdurchlass verwendet wird, in einer Strömungsrichtung
Sammlerplatten (auch bezeichnet als Rohrbleche) und sind mit diesen
verbunden, und Abgas und ein Kühlmedium werden voneinander
getrennt durch die Sammlerplatten. Der EGR-Wärmetauscher
der
JP-A-2007-51576 weist eine
Struktur auf, welche eine Sammlerplatte (eine Seitenoberfläche
von einem Gehäuse) aufweist, die integral mit einem Gastankabschnitt
und einem Wassertankabschnitt geformt ist.
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Weiterhin
offenbaren die
JP-A-2007-225190 , die
JP-A-2007-232355 ,
welche der
US 2007/0193732 entspricht,
und die
JP-A-2007-232330 einen
Wärmetauscher, bei welchem Abgas und ein Kühlmedium
voneinander getrennt sind durch ein Stapeln und Verbinden von Rohren,
von denen ein Teil aufgeweitet ist, ohne das Verwenden einer Sammlerplatte.
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Der
Wärmetauscher der
JP-A-2007-225190 weist eine sammlerplattenlose
Struktur auf, die durch ein Stapeln von Rohren ausgebildet ist,
von denen Endabschnitte aufgeweitet sind, und ein Gastankabschnitt
und ein Wassertankabschnitt, welche integral gebildet sind, sind
an den gestapelten Rohren angebracht. Jedoch weist ein Abschnitt,
an welchem eine thermische Beanspruchung erzeugt werden kann, lediglich
eine Dicke entsprechend zu einer Platte bzw. einem Blech auf.
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Der
Wärmetauscher der
JP-A-2007-232355 weist eine sammlerplattenlose
Struktur auf, welche durch ein Stapeln von Rohren ausgebildet ist,
von denen ein Teil aufgeweitet ist, und ein Gastank sowie ein Wassertank
sind an den gestapelten Rohren angebracht. Jedoch weist ein Abschnitt,
an welchem eine thermische Beanspruchung erzeugt werden kann, lediglich
eine Dicke entsprechend zu einem Blech bzw. einer Platte auf.
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Gemäß der
JP-A-2007-232330 ist
in einem Verbindungsabschnitt zwischen einem Gastank und einem Wassertank
der Wassertank mit dem Gastank an einer seitlichen Oberfläche
unter vier seitlichen Oberflächen in Überlappung
gebracht. Jedoch weisen die anderen drei seitlichen Oberflächen
keine überlappende Struktur auf, welche die Wärmeübertragung
erleichtert.
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Weiterhin
offenbart die
JP-A-2006-207887 , welche
der
US 2008/0164014 entspricht,
einen Wärmetauscher mit einem speziellen Spaltblock, welcher eine
wabenähnliche Form aufweist. Gemäß der
JP-A-2006-207887 ist
in einem Verbindungsabschnitt zwischen einem Gastank und einem Wassertank
der Gastank mit dem Wassertank an inneren umfänglichen
Oberflächen davon an zwei seitlichen Oberflächen
unter vier seitlichen Oberflächen in Überlappung
gebracht. Die Struktur des Wärmetauschers wird jedoch verkompliziert,
und jede der anderen zwei seitlichen Oberflächen weist
eine Dicke von gleich zu einer Dicke entsprechend einer Platte bzw. einem
Blech auf.
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Wie
es in der
JP-A-2002-137054 ,
der
JP-A-2000-54916 und
der
JP-A-2007-51576 beschrieben
ist, weist der Wärmetauscher mit der Sammlerplatte oder
einem Äquivalent davon eine komplizierte Struktur auf.
Somit ist eine Struktur ohne eine Sammlerplatte oder ein Äquivalent
davon erwünscht. Das Problem kann durch ein Stapeln von Rohren
gelöst werden, von denen Endabschnitte aufgeweitet sind,
damit diese die sammlerplattenlose Struktur bilden.
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Die
12 zeigt
einen zuvor vorgeschlagenen Wärmetauscher, welcher im Hinblick
auf die
JP-A-2007-225190 ,
die
JP-A-2007-232355 und
die
JP-A-2007-232330 gebildet
ist. Bei dem in der
12 gezeigten Wärmetauscher
ist ein Verbindungsabschnitt
9 (auch als Trennabschnitt
bezeichnet) zwischen einem Gastankabschnitt
7, welcher
direkt mit Abgas in Kontakt steht, und einem Wassertankabschnitt
8,
welcher das LLC (Kühlmittel) kontaktiert, geformt. In dem
Verbindungsabschnitt
9 stößt eine Endoberfläche
von dem Gastankabschnitt
7 an eine Endoberfläche
von dem Wassertankabschnitt
8, und der Gastankabschnitt
7 und
der Wassertankabschnitt
8 sind in einer T-Form verlötet.
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Es
wird angenommen, dass Gas von hoher Temperatur, welches bis zu 900°C
haben kann, in den Gastankabschnitt 7 des EGR-Wärmetauschers strömt.
Das Gas von hoher Temperatur in dem Gastankabschnitt 7 wird
mit einem Kühlmedium bei einer Temperatur von in etwa 100°C
in dem Wassertankabschnitt 8 einem Wärmeaustausch
unterzogen. Daher wird lokal ein Temperaturunterschied von annähernd 200°C/10
mm lokal an dem Verbindungsabschnitt 9 zwischen dem Gas
von hoher Temperatur (Hochtemperaturabschnitt) und dem Kühlmedium
(Niedrigtemperaturabschnitt) erzeugt. Eine thermische Beanspruchung
wird aufgrund der Temperaturdifferenz erzeugt. Wenn die thermische
Beanspruchung zu stark wird, bricht ein Element, welches als ein
Strömungsdurchlass ausgebildet ist, und der Fehler einer
Fluidleckage kann verursacht werden. Es ist erforderlich, dass solch
ein Bruch nicht nur an einer seitlichen Oberfläche, sondern
an zumindest vier seitlichen Oberflächen verhindert werden
kann, d. h. entlang eines gesamten Umfangs des Verbindungsabschnitts 9.
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Im
Hinblick auf die oben beschriebenen Punkte ist es eine Aufgabe der
vorliegenden Erfindung, einen Wärmetauscher zum Kühlen
von Gas von hoher Temperatur mit einer hohen Zuverlässigkeit
bereitzustellen. Bei dem Wärmetauscher wird die thermische
Beanspruchung, welche an einem Trennabschnitt zwischen einem Hochtemperaturabschnitt und
einem Niedrigtemperaturabschnitt erzeugt wird, entlang eines gesamten
Umfangs von dem Trennabschnitt verringert.
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Die
Offenbarungen der oben beschriebenen Patentdokumente als betreffender
Stand der Technik können hier durch Bezugnahme eingeführt
und mit einbezogen werden.
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Gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Wärmetauscher
zum Kühlen von Gas von hoher Temperatur einen Gastankabschnitt, in
welchen das Gas von hoher Temperatur durch einen Einlassanschluss
des Gastankabschnitts zugeführt wird; eine Mehrzahl von
Rohren, welche derart ausgestaltet sind, dass das Gas von hoher
Temperatur, welches von dem Gastankabschnitt her strömt, dort
hindurchgeht, wobei jedes der Rohre einen Aufweitungsabschnitt aufweist,
welcher an einer Seite von dem Einlassanschluss angeordnet ist;
und einen Kühlmediumtankabschnitt, welcher jedes der Rohre mit
einer dort dazwischen definierten Lücke bedeckt, wobei
der Kühlmediumtankabschnitt derart ausgestaltet ist, dass
ein Kühlmedium in der Lücke auf einer äußeren
umfänglichen Oberfläche von dem Rohr strömt.
Die Rohre sind gestapelt, und die Aufweitungsabschnitte der Rohre
sind derart miteinander verbunden, dass Durchlässe für
Gas von hoher Temperatur in den Rohren und die Lücke als
ein Kühlmediumdurchlass voneinander getrennt sind. Ein
Trennabschnitt zwischen dem Gastankabschnitt und dem Kühlmediumtankabschnitt
weist eine größere Dicke als eine Dicke von dem
Gastankabschnitt oder dem Kühlmediumtankabschnitt auf.
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Gemäß der
Ausgestaltung kann eine lokale Temperaturdifferenz, welche in dem
Trennabschnitt erzeugt wird, verringert werden, ein Bruch des Gastankabschnitts
oder des Kühlmediumtankabschnitts, welcher einen Strömungsdurchlass
bildet, kann verhindert werden, und der Fehler einer Fluidleckage kann
verhindert werden.
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Die
obigen und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden
Erfindung werden deutlicher offenbar werden aus der nachfolgenden detaillierten
Beschreibung, welche mit Bezugnahme auf die beigefügten
Zeichnungen erfolgt. In den Zeichnungen:
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1 ist
eine Umrissansicht, welche einen EGR-Wärmetauscher gemäß einer
ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
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2 ist
eine perspektivische Explosionsansicht, welche den EGR-Wärmetauscher
gemäß der ersten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung zeigt;
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3 ist
eine Querschnittsansicht entlang der Linie III-III aus der 2 gemäß der
ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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4 ist
eine Querschnittsansicht entlang der Linie IV-IV aus der 2 gemäß der
ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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5 ist
eine Querschnittsansicht, welche einen Trennabschnitt gemäß der
ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
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6 ist
eine schematische Ansicht, welche den Trennabschnitt gemäß der
ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
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7 ist
ein Diagramm, welches eine Beziehung zwischen einer Länge
von einem Überlappungsabschnitt und einer Temperaturdifferenz
in dem Trennabschnitt der 6 zeigt;
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8 ist
ein Diagramm, welches eine Beziehung zwischen einer Dicke des Überlappungsabschnitts
und der Temperaturdifferenz in dem Trennabschnitt der 6 zeigt;
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9 ist
eine Querschnittsansicht, welche einen Trennabschnitt gemäß einer
zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
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10 ist
eine Querschnittsansicht, welche einen Trennabschnitt gemäß einer
dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
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11 ist
eine Querschnittsansicht, welche einen Trennabschnitt gemäß einer
vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
und
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12 ist
eine Querschnittsansicht, welche einen Trennabschnitt zeigt, welcher
auf Basis von betroffenem Stand der Technik hergestellt ist.
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Erste Ausführungsform
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Eine
erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird hier
im Folgenden mit Bezugnahme auf die 1 bis 8 beschrieben
werden. Die 1 ist eine Umrissansicht, welche
einen EGR-Wärmetauscher als einen Wärmetauscher
zum Kühlen von Gas von hoher Temperatur nach der vorliegenden
Ausführungsform zeigt. In der 1 bezeichnet
das Bezugszeichen 1 einen Einlassanschluss von Wasser,
welches als ein Kühlmedium dient. Ein Kühlmittel
bei in etwa 90°C strömt von dem Einlassanschluss 1.
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Das
Bezugszeichen 2 bezeichnet einen Auslassanschluss von Wasser.
Das Bezugszeichen 3 bezeichnet einen Einlassanschluss von
Abgas von hoher Temperatur, und ein einlassseitiger Flansch 4 ist an
dem Umfang des Einlassanschlusses 3 angebracht. Das Bezugszeichen 5 bezeichnet
einen Auslassanschluss von Abgas von hoher Temperatur, und ein auslassseitiger
Flansch 6 ist an dem Umfang des Auslassanschlusses 5 angebracht.
Die Bezugszeichen 7 und 8 bezeichnen jeweils einen
Gastankabschnitt und einen Kühlmediumtankabschnitt (hier
im Folgenden auch als Wassertankabschnitt bezeichnet).
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Ein
Verbindungsabschnitt 9 (auch als Trennabschnitt bezeichnet)
ist zwischen dem Gastankabschnitt 7, welcher direkt mit
dem Abgas in Kontakt steht, und dem Wassertankabschnitt 8,
welcher mit dem Wasser in Kontakt steht, gebildet.
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Die 2 ist
eine perspektivische Explosionsansicht, welche den EGR-Wärmetauscher
der vorliegenden Ausführungsform zeigt. Der einlassseitige
Flansch 4 und der auslassseitige Flansch 6 der 1 sind
in der 2 nicht gezeigt.
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In
der 2 wird jedes der mehrfach gestapelten Rohre 10 (ein
vierfacher Stapel in dem Fall der 2) durch
ein Einfalzen bzw. Bördeln eines Metallblechs geformt,
welches eine Dicke von 0,4 mm aufweist, um eine C-Form zu werden.
Die Rohre 10 umfassen bei der vorliegenden Ausführungsform
vier Rohre 10a, 10b, 10c, 10d.
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Jedes
der Rohre 10 weist Aufweitungsabschnitte 11, 12 an
beiden Enden davon auf, so dass der Wärmetauscher die sammlerplattenlose
Struktur aufweist. Wie es in der 2 zum Beispiel
gezeigt ist, sind in dem Fall des Rohres 10a Aufweitungsabschnitte 11a, 12a an
beiden Enden des Rohres 10a angeordnet, und ein mittlerer
Abschnitt außer den Expansionsabschnitten 11a, 12a ist
durch das Bezugszeichen 101a bezeichnet. Jedes der Rohre 10b, 10c, 10d weist
die ähnliche Ausgestaltung zu dem Rohr 10a auf.
Obwohl es nicht gezeigt ist, wird eine hinlänglich bekannte
Rippe in jedes der Rohre 10 platziert.
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Der
Wassertankabschnitt 8 ist aus einem oberen Wassertankabschnitt 8a und
einem unteren Wassertankabschnitt 8b konstruiert. Nachdem
die Rohre 10 gestapelt sind, werden die Gastankabschnitte 7 auf
die Aufweitungsabschnitte 11, 12 der Rohre 10 jeweils
gesetzt. Als nächstes werden der obere Wassertankabschnitt 8a und
der untere Wassertankabschnitt 8b auf die gestapelten Rohre 10 gesetzt,
um sich mit den Gastankabschnitten 7 zu überlappen.
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Die 3 ist
eine Querschnittsansicht entlang der Linie III-III aus der 2 der
vorliegenden Ausführungsform. Die 3 zeigt
den Querschnitt des Verbindungsabschnitts (Trennabschnitts) 9 zwischen
dem Gastankabschnitt 7 und dem Wassertankabschnitt 8 der 2.
Der Wassertankabschnitt 8, welcher aus dem oberen Wassertankabschnitt 8a und
dem unteren Wassertankabschnitt 8b konstruiert ist, wird
als die am weitesten außen gelegene Schicht des Abschnitts
platziert, der in der 3 gezeigt ist, und der Gastankabschnitt 7 wird
ins Innere des Wassertankabschnitts 8 gesetzt.
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Wie
es in der 3 gezeigt ist, sind die Rohre 10,
welche als Durchlässe für das Abgas von hoher
Temperatur verwendet werden, im Inneren des Gastankabschnitts 7 gestapelt.
Obwohl die Rohre 10 bei der vorliegenden Ausführungsform
in vierfacher Art und Weise gestapelt sind, kann die Anzahl der Rohre 10,
welche zu stapeln sind, willkürlich eingestellt sein. Wie
es von der 3 deutlich wird, sind der Wassertankabschnitt 8,
der Gastankabschnitt 7 und das Rohr 10 entlang
des gesamten Umfangs des Trennabschnitts 9 gestapelt, einschließlich
von vier seitlichen Oberflächen des Wassertankabschnitts 8, welche
einen rechteckigen Querschnitt aufweisen.
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Die 4 ist
eine Querschnittsansicht entlang der Linie IV-IV aus der 2 der
vorliegenden Ausführungsform. Der Wassertankabschnitt 8,
welcher aus dem oberen Wassertankabschnitt 8a und dem unteren
Wassertankabschnitt 8b konstruiert ist, wird als die am
weitesten außen gelegene Schicht des in der 4 gezeigten
Abschnitts gesetzt, und die Rohre 10, welche als die Durchlässe
für das Abgas von hoher Temperatur verwendet werden, werden
im Inneren des Wassertankabschnitts 8 gestapelt. Die Rohre 10 sind
derart gestapelt, dass angrenzende Rohre 10 über
eine Lücke 15 platziert werden. Die Lücke 15 bildet
einen Durchlass für das Kältemittel (Kühlmedium)
aus. Die Lücke 15 umfasst eine Lücke 15a,
welche die äußere umfängliche Oberfläche der
Rohre 10 umgibt, und eine Lücke 15b,
welche sandwichartig zwischen den angrenzenden Rohren 10 eingefügt
ist.
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Die 5 ist
eine Querschnittsansicht, welche den Trennabschnitt 9 gesehen
von einer Richtung zeigt, welche durch den Pfeil V aus der 2 gezeigt
ist. Wie es oben beschrieben wurde, sind in dem Trennabschnitt 9 der
Wassertankabschnitt 8, der Gastankabschnitt 7 und
der Aufweitungsabschnitt 11 des Rohres 10 gestapelt
und sind miteinander verlötet. Wie es in der 5 gezeigt
ist, ist ein Abschnitt, in welchem der Wassertankabschnitt 8, der
Gastankabschnitt 7 und der Aufweitungsabschnitt 11 gestapelt
sind, an dem Ende von dem Rohr 10 angeordnet.
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Wie
es aus der 5 deutlich wird, überlappt sich
ein Endabschnitt des Wassertankabschnitts 8 mit einem Endabschnitt
des Gastankabschnitts 7, und eine Endoberfläche 7a des
Gastankabschnitts 7 steht mit dem Wasser als dem Kühlmedium
in Kontakt, welches in die Lücke 15 eingefüllt
ist. Da die Endoberfläche 7a des Gastankabschnitts 7 mit
dem Wasser in Kontakt steht, kann der Gastankabschnitt 7 von
hoher Temperatur auf effiziente Art und Weise gekühlt werden.
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Die 6 ist
eine schematische Ansicht, welche den Trennabschnitt 9 der
ersten Ausführungsform zeigt. Eine Verteilung von einer
Oberflächentemperatur besteht auf der Oberfläche
des Gastankabschnitts 7 und des Wassertankabschnitts 8. Das
heißt, eine Seitenoberfläche von niedriger Temperatur
und eine Seitenoberfläche von hoher Temperatur sind mit
dem Trennabschnitt 9 dazwischen eingesetzt gebildet. ΔT
gibt eine Temperaturdifferenz zwischen der seitlichen Oberfläche
von niedriger Temperatur und der seitlichen Oberfläche
von hoher Temperatur an.
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Da
die Oberfläche von der Niedrigtemperaturseite mit dem Wasser
als dem Kühlmedium in Kontakt steht, wird die seitliche
Oberfläche von niedriger Temperatur bei einer konstanten
Temperatur von in etwa 100°C gehalten. Die Oberflächentemperatur der
Oberfläche von der Hochtemperaturseite wird durch eine
Wärmeübertragung zu einer Seite von dem Wasser
und eine Wärmeleitung von dem Gas von hoher Temperatur
bestimmt. Wenn eine Wärmemenge von dem Gas von hoher Temperatur
konstant ist, um die Oberflächentemperatur der Oberfläche von
der Hochtemperaturseite zu verringern, wird es wichtig, die Wärmeübertragung
zu der Seite des Wassers zu erleichtern. Der Erfinder hat somit
festgestellt, dass ein Wärmedurchlasswiderstand reduziert
wird durch ein Verdicken einer Dicke des Metallmaterials von einem
Wärmeübertragungsabschnitt, d. h. dem Trennabschnitt 9,
für das Erleichtern der Wärmeübertragung.
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Um
den Wärmedurchlasswiderstand zu reduzieren, werden bei
dem Wärmetauscher, welcher die sammlerplattenlose Struktur
aufweist, der Gastankabschnitt 7, der Wassertankabschnitt 8 und
das Rohr 10 gestapelt, um eine dicke Struktur an dem Trennabschnitt 9 aufzuweisen.
Da die thermische Beanspruchung entlang des gesamten Umfangs außerhalb
eines Kerns einschließlich des Gastankabschnitts 7 und
des Wassertankabschnitts 8 erzeugt wird, ist des Weiteren
der Trennabschnitt 9 ausgestaltet, um die dicke Struktur
entlang des gesamten Umfangs aufzuweisen.
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Wie
es aus der 6 deutlich wird, steht die Endoberfläche 7a des
Gastankabschnitts 7 als ein Element von hoher Temperatur
direkt in Kontakt mit dem Wasser als dem Kühlmedium. Der
Gastankabschnitt 7 wird daher als das Element von hoher
Temperatur rasch gekühlt.
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Bei
der Struktur, welche die Sammlerplatte aufweist, die in der
JP-A-2000-54916 beschrieben ist,
kann ein Sammlerplattenabschnitt durch die Sammlerplatte dicker
gemacht werden. Der Gastankabschnitt als das Element von hoher Temperatur steht
jedoch nicht direkt in Kontakt mit dem Kühlmedium mit der
Sammlerplatte dort dazwischen eingesetzt, und dadurch kann die Wärmeübertragung
von dem Gastankabschnitt zu dem Kühlmedium verschlechtert
werden. Bei der vorliegenden Ausführungsform jedoch steht
der Gastankabschnitt
7 direkt mit dem Wasser in Kontakt,
und dadurch kann das oben beschriebene Problem gelöst werden.
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In
der 6 sind der Gastankabschnitt 7, der Wassertankabschnitt 8 und
das Rohr 10 gestapelt und miteinander verbunden. Der Trennabschnitt 9 kann
jedoch wie folgt ausgestaltet sein. Der Gastankabschnitt 7 und
der Wassertankabschnitt 8 sind gebildet durch ein integrales
und kontinuierliches Schmieden unter Verwenden des gleichen Metallmaterials,
und eine Dicke von einem Abschnitt entsprechend zu einem überlappenden
Abschnitt (eine Dicke von dem Trennabschnitt 9) wird dicker
gemacht. Der überlappende Abschnitt bezeichnet hier einen Abschnitt,
in welchem der Gastankabschnitt 7, der Wassertankabschnitt 8 und
das Rohr 10 gestapelt sind. Die Dicke von dem integral
geformten Abschnitt (die Dicke von dem Trennabschnitt 9)
ist gleich zu einer Dicke Th von dem Überlappungsabschnitt,
der in der 6 gezeigt ist. Eine Länge
von dem Trennabschnitt 9 muss 5 mm oder mehr sein.
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In
beiden Fällen, d. h. wenn der Gastankabschnitt 7 und
der Wassertankabschnitt 8 gestapelt sind und wenn der Gastankabschnitt 7 und
der Wassertankabschnitt 8 integral geformt sind durch ein Schmieden
oder ähnliches, um dick zu sein, ist es bevorzugt, dass
der Trennabschnitt 9 geformt ist, um eine Dicke von mehr
als das Zweifache einer Dicke von dem Gastankabschnitt 7 oder
dem Wassertankabschnitt 8 entlang des gesamten Umfangs
davon aufzuweisen. Daher wird in dem Trennabschnitt 9, welcher
die Dicke von mehr als das Zweifache der Dicke von dem Gastankabschnitt 7 oder
dem Wassertankabschnitt 8 aufweist, die ausreichende Wärmeübertragung
ausgeführt, und die lokale Temperaturdifferenz, welche
in dem Trennabschnitt 9 erzeugt wird, kann verringert werden.
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In
dem Trennabschnitt 9 der ersten Ausführungsform
beträgt die Dicke des Gastankabschnitts 7 1 mm,
die Dicke des Wassertankabschnitts 8 beträgt 1
mm, und die Dicke des Rohres 10 beträgt 0,4 mm. Die
Dicke Th des Überlappungsabschnitts, d. h. die Dicke, welche
durch das Stapeln des Gastankabschnitts 7, des Wassertankabschnitts 8 und
des Rohres 10 erhalten wird, beträgt 2,4 mm. Eine
Länge L des Überlappungsabschnitts beträgt
5 mm.
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Die 7 ist
ein Diagramm, welches eine Beziehung zwischen der Länge
L des Überlappungsabschnitts und der Temperaturdifferenz ΔT
bei der Ausgestaltung der 6 zeigt,
wenn die Dicke Th des Überlappungsabschnitts 2,4 mm beträgt.
Die Temperaturdifferenz ΔT nimmt in einer zunehmend schnelleren
Rate ab, wie die Länge L des Überlappungsabschnitts
größer wird. Wenn die Länge L des Überlappungsabschnitts über
in etwa 8 mm liegt (das Achtfache von der Dicke des Gastankabschnitts 7 oder
des Wassertankabschnitts 8), verlangsamt sich die Abnahme
der Temperaturdifferenz ΔT. Wie es in der 7 gezeigt
ist, ist es bevorzugt, dass die Länge L des Überlappungsabschnitts
zwischen 2 mm bis 8 mm liegt.
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Die 8 ist
ein Diagramm, welches eine Beziehung zwischen der Dicke Th des Überlappungsabschnitts
und der Temperaturdifferenz ΔT bei der Ausgestaltung der 6 zeigt,
wenn die Länge L des Überlappungsabschnitts 5
mm beträgt. Die Temperaturdifferenz ΔT nimmt mit
einer zunehmend schnelleren Rate ab, wie die Dicke Th des Überlappungsabschnitts
größer wird. Wenn die Dicke Th des Überlappungsabschnitts über
in etwa 4 mm liegt (das Vierfache der Dicke des Gastankabschnitts 7 oder des
Wassertankabschnitts 8), verlangsamt sich die Abnahme der
Temperaturdifferenz ΔT. Wie es in der 8 gezeigt
ist, ist es bevorzugt, dass die Dicke Th des Überlappungsabschnitts
zwischen 2 mm bis 4 mm liegt.
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Es
ist daher bevorzugt, dass die Länge L des Überlappungsabschnitts
zwischen 2 mm bis 8 mm liegt und die Dicke Th des Überlappungsabschnitts zwischen
2 mm bis 4 mm liegt. Die bevorzugte Länge und Dicke des Überlappungsabschnitts
werden mit einem Seitenverhältnis von Länge/Dicke
ausgedrückt, es ist bevorzugt, dass das Seitenverhältnis von
Länge/Dicke in dem Trennabschnitt 9, welcher die
Dicke von mehr als dem Zweifachen der Dicke des Gastankabschnitts 7 oder
des Wassertankabschnitts 8 aufweist, in dem Bereich von
2 bis 8/2 bis 4 liegt. Bei dem oben beschriebenen Bereich des Seitenverhältnisses
kann die lokale Temperaturdifferenz ΔT, die in dem Trennabschnitt 9 erzeugt
wird, verringert werden, und die Dicke des Überlappungsabschnitts
wird in dem Ausmaß verdickt, dass sich die Abnahme der
Temperaturdifferenz ΔT verlangsamt. Die lokale Temperaturdifferenz,
welche in dem Trennabschnitt 9 erzeugt wird, kann somit
verringert werden, während Material eingespart wird.
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Bei
der ersten Ausführungsform wird dementsprechend, um die
lokale Temperaturdifferenz zu verringern, die Dicke zwischen dem
Gastankabschnitt 7, welcher direkt mit dem Abgas in Kontakt steht,
und dem Wassertankabschnitt 8, welcher mit dem Kühlmittel
in Kontakt steht, verdickt, und dadurch kann der Wärmedurchlasswiderstand
reduziert werden, und ein Temperaturgradient kann verringert werden.
Durch das Verringern des lokalen Temperaturgradienten kann die thermische
Belastung des Wärmetauschers zum Kühlen eines
Fluids von hoher Temperatur reduziert werden, und der Wärmetauscher
kann in kompakter Art und Weise konstruiert werden.
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Zweite Ausführungsform
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Als
nächstes wird eine zweite Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung beschrieben werden. Die 9 ist
eine Querschnittsansicht, welche einen Trennabschnitt gemäß der
zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Bei den nachfolgenden Ausführungsformen werden ähnliche Komponenten
zu denjenigen bei der ersten Ausführungsform durch die
gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und die Beschreibungen davon
werden nicht wiederholt werden. Bei den nachfolgenden Ausführungsformen
werden sich von denjenigen bei der ersten Ausführungsform
unterscheidende Ausgestaltungen beschrieben werden.
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Wie
bei der ersten Ausführungsform ist der Verbindungsabschnitt 9 durch
ein Stapeln des Gastankabschnitts 7, des Wassertankabschnitts 8 und des
Rohres 10 geformt, wie es in der 9 gezeigt ist.
Ein Endabschnitt des Gastankabschnitts 7 ist hervorstehend
zu einer Seite von dem Kühlmedium in der Lücke 15,
um einen Auskragungsabschnitt 7a zu bilden. Da der Gastankabschnitt 7 auf
effiziente Art und Weise durch ein Bilden des Auskragungsabschnitts 7a gekühlt
werden kann, kann ein Verringerungseffekt des Temperaturgradienten
vergrößert werden.
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Dritte Ausführungsform
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Als
nächstes wird eine dritte Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung beschrieben werden. Die 10 ist
eine Querschnittsansicht, welche einen Trennabschnitt gemäß der
dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Bei der vorliegenden Ausführungsform werden sich von denjenigen
bei den oben beschriebenen Ausführungsformen unterscheidende
Ausgestaltungen beschrieben werden. Bei der dritten Ausführungsform
ist weiterhin, wie es in der 10 gezeigt
ist, ein Prallblech 20 an eine Seite von dem Gastankabschnitt 7 des
Verbindungsabschnitts 9 derart gesetzt, dass das Gas von
hoher Temperatur nicht direkt in Richtung zu dem Verbindungsabschnitt 9 geblasen
wird. Durch das Platzieren des Prallblechs 20 wird eine
Strömungsrate von einem Teil des Gases von hoher Temperatur verringert,
und der Temperaturgradient des Verbindungsabschnitts 9 wird
verringert.
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Vierte Ausführungsform
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Als
nächstes wird eine vierte Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung beschrieben werden. Die 11 ist
eine Querschnittsansicht, welche einen Trennabschnitt gemäß der
vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Bei der vorliegenden Ausführungsform werden sich von denjenigen
bei den oben beschriebenen Ausführungsformen unterscheidende
Ausgestaltungen beschrieben werden. Bei der vierten Ausführungsform
stößt eine Endoberfläche des Gastankabschnitts 7 (welcher eine
Dicke von 1 mm aufweist) an eine Endoberfläche des Wassertankabschnitts 8 (welcher
eine Dicke von 1 mm aufweist) in einem Anstoßabschnitt 25 an, wie
es in der 11 gezeigt ist. Das Rohr (welches eine
Dicke von 0,4 mm aufweist) ist unter dem Anstoßabschnitt 25 gestapelt,
d. h. auf einer inneren umfänglichen Oberfläche
von dem Anstoßabschnitt 25. Des Weiteren ist ein
ringförmiges Blech 26, welches eine Länge
von 5 mm in einer seitlichen Richtung von der 11 und
eine Dicke von 1 mm aufweist, mit der äußeren
umfänglichen Oberfläche des Anstoßabschnitts 25 verbunden.
Auf diese Art und Weise wird der Trennabschnitt 9, bei
welchem die Dicke Th des Überlappungsabschnitts 2,4 mm
beträgt, ausgestaltet.
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Als
ein modifiziertes Beispiel der vierten Ausführungsform
kann der Trennabschnitt 9 wie folgt ausgebildet sein. Der
Gastankabschnitt 7 (welcher eine Dicke von 1 mm aufweist)
und der Wassertankabschnitt 8 werden kontinuierlich und
integral geformt unter Verwenden des gleichen Materials, und das
Rohr 10 wird an der inneren umfänglichen Oberfläche
von einem Abschnitt entsprechend zu dem Anstoßabschnitt
zwischen dem Gastankabschnitt 7 und dem Wassertankabschnitt 8 gestapelt.
Das ringförmige Blech 26, welches eine Länge
von 5 mm in der seitlichen Richtung und eine Dicke von 1 mm aufweist,
wird des Weiteren mit der äußeren umfänglichen
Oberfläche von dem Abschnitt verbunden, welcher dem Anstoßabschnitt
entspricht. Auf diese Art und Weise wird der Trennabschnitt 9 ausgebildet, welcher
die Dicke Th von 2,4 mm und die Länge L von 5 mm aufweist.
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Andere Ausführungsformen
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Die
vorliegende Erfindung ist nicht lediglich auf die oben beschriebenen
Ausführungsformen beschränkt und kann wie folgt
modifiziert oder erweitert werden. Zum Beispiel ist bei der ersten
Ausführungsform die vorliegende Erfindung an dem EGR-Wärmetauscher
angewendet. Die vorliegende Erfindung kann jedoch ebenso an anderen
Wärmetauschern angewendet werden, zum Beispiel an einer
Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung, welche als
Wärmetauscher für ein Fahrzeug Wärmeenergie
aus dem Abgas zurückgewinnt.
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Bei
der 2 gibt es des Weiteren das Problem, dass die Temperaturdifferenz
zwischen dem Gastankabschnitt 7, welcher angrenzend zu
den Aufweitungsabschnitten 11 von den Rohren 10 an
einer Seite von dem Einlassanschluss des Gases von hoher Temperatur
liegt, und dem Kühlmediumtankabschnitt 8 in dem
Trennabschnitt 9 erzeugt wird.
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Daher
kann, solange ein Abschnitt, welcher eine Dicke von größer
als derjenigen des Gastankabschnitts 7 oder des Kühlmediumtankabschnitts 8 aufweist,
entlang des gesamten Umfangs von dem Trennabschnitt 9 an
der Seite von dem Einlassanschluss des Gases von hoher Temperatur
gebildet ist, der Umfang der Aufweitungsabschnitte 12 an einer
Seite von dem Auslassanschluss des Gases von hoher Temperatur eine ähnliche
Struktur zu der herkömmlichen Struktur aufweisen.
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Während
die Erfindung mit Bezugnahme auf ihre bevorzugten Ausführungsformen
beschrieben worden ist, ist es zu verstehen, dass die Erfindung nicht
auf die bevorzugten Ausführungsformen und Konstruktionen
beschränkt ist. Die Erfindung ist dazu beabsichtigt, verschiedene
Modifikationen und äquivalente Anordnungen abzudecken.
Zusätzlich sind, während die verschiedenen Kombinationen
und Konfigurationen, welche bevorzugt sind, beschrieben wurden,
andere Kombinationen und Konfigurationen einschließlich
von mehr, weniger oder lediglich einem einzigen Element ebenso innerhalb
des Geistes und der Reichweite der Erfindung.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - JP 2002-137054
A [0002, 0008]
- - JP 2000-54916 A [0002, 0008, 0044]
- - JP 2007-51576 A [0002, 0002, 0008]
- - JP 2007-225190 A [0003, 0004, 0009]
- - JP 2007-232355 A [0003, 0005, 0009]
- - US 2007/0193732 [0003]
- - JP 2007-232330 A [0003, 0006, 0009]
- - JP 2006-207887 A [0007, 0007]
- - US 2008/0164014 [0007]
