DE102010044937A1

DE102010044937A1 - Heat exchanger for use as component of exhaust gas recirculation part of combustion engine of motor car, has curved exhaust gas passage comprising helical curvature, where exhaust gas parts are made to flow through exhaust gas passage

Info

Publication number: DE102010044937A1
Application number: DE102010044937A
Authority: DE
Inventors: Bahman Sahebkar; Thorsten Andres; Anatoli Enns
Original assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH
Current assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH
Priority date: 2010-09-10
Filing date: 2010-09-10
Publication date: 2012-03-15

Abstract

The exchanger (1) has a section curved exhaust gas passage (2) comprising a helical curvature, where exhaust gas parts (A1, A2) are made to flow through the section curved exhaust gas passage. The exhaust gas passage comprises a cooling passage (4) that is parallelly operated to the helical curvature of the exhaust gas passage, where cooling fluid parts (B1, B2) are made to flow through the cooling passage. An additive channel is arranged between the exhaust gas passage and the cooling passage. Spirally formed walls (3) of the passages are spaced from each other.

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher als Bestandteil einer Abgasrückführung eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs von Patentanspruch 1.The invention relates to a heat exchanger as part of an exhaust gas recirculation of an internal combustion engine of a motor vehicle according to the features of the preamble of claim 1.

Bei Kraftfahrzeugen mit Verbrennungsmotor werden Wärmetauscher unter anderem im Zusammenhang mit der Abgasrückführung (AGR) eingesetzt. Dies erfolgt insbesondere vor dem Hintergrund kontinuierlich strenger werdender Abgasvorschriften. Ziel ist es, die vorwiegend beim Einsatz von mageren Gemischen in Kombination mit hohen Verbrennungstemperaturen entstehenden umweltschädlichen Stickoxide im Abgas weiter zu reduzieren.In motor vehicles with an internal combustion engine, heat exchangers are used inter alia in connection with exhaust gas recirculation (EGR). This takes place in particular against the background of continuously stricter exhaust gas regulations. The aim is to further reduce the environmentally harmful nitrogen oxides in the exhaust gas, which are mainly produced when using lean mixtures in combination with high combustion temperatures.

Durch eine Herabsetzung des Luftüberschusses sowie eine Absenkung der Temperaturspitzen während des Verbrennungsvorgangs erfolgt eine deutlich schadstoffärmere Verbrennung. Hierfür wird ein Teil des Abgases über den Wärmetauscher herabgekühlt und zusammen mit der angesaugten Frischluft dem Verbrennungsprozess wieder zugeführt. Durch die Erhöhung des nicht brennbaren Gemischanteils erfolgt überdies eine Absenkung des spezifischen Kraftstoffverbrauchs im Teillastbereich.By reducing the excess air and lowering the temperature peaks during the combustion process, there is a significantly lower emission of combustion. For this purpose, a portion of the exhaust gas is cooled down via the heat exchanger and returned to the combustion process together with the intake fresh air. By increasing the non-combustible mixture content, moreover, a reduction of the specific fuel consumption in the partial load range.

Die DE 10 2007 054 913 A1 offenbart hierzu einen Wärmetauscher für ein Kraftfahrzeug mit mindestens einem von einem Fluid durchströmten Strömungskanal, der zumindest abschnittsweise einen gekrümmten Verlauf aufweist. Durch die Krümmung des Strömungskanals erhöhen sich die Turbulenzen des darin strömenden Fluids, wodurch der Wärmeaustausch erhöht wird. Die Krümmung der Strömungskanäle wird durch eine Reihe jeweils hintereinander und in entgegengesetzte Richtung alternierende Kurven innerhalb des Strömungskanals erzeugt. Die gekrümmten Strömungskanäle sind hierbei innerhalb eines Gehäuses angeordnet, welches neben der Durchführung der Strömungskanäle einen Eintritts- und einen Austrittsstutzen aufweist. Über diese Stutzen wird das zur Kühlung vorgesehene Fluid in das Gehäuse hinein und um die Strömungskanäle herum sowie aus dem Gehäuse heraus geleitet. Die nur leicht gekrümmten Strömungskanäle aus einem Strangpressprofil lassen bezüglich ihrer Kompaktheit und des Herstellungsaufwands Raum für Verbesserungen.The DE 10 2007 054 913 A1 discloses for this purpose a heat exchanger for a motor vehicle with at least one flow channel through which a fluid flows, which has a curved course at least in sections. The curvature of the flow channel increases the turbulence of the fluid flowing therein, thereby increasing the heat exchange. The curvature of the flow channels is generated by a series of curves alternating in succession and in opposite directions within the flow channel. The curved flow channels are in this case arranged within a housing, which in addition to the passage of the flow channels has an inlet and an outlet nozzle. The fluid intended for cooling is introduced into the housing via these ports and into and out of the housing around the flow channels. The slightly curved flow channels made of an extruded profile leave room for improvement with regard to their compactness and the production outlay.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Wärmetauscher als Bestandteil einer Abgasrückführung eines Verbrennungsmotors für ein Kraftfahrzeug mit einem zumindest abschnittsweise gekrümmten Abgaskanal zur Kühlung eines für die Rückführung bestimmten Teils eines Abgases dahingehend zu verbessern, dass dieser bei gleicher oder größerer Wärmeaustauschfläche kompakter aufgebaut sowie günstiger hergestellt werden kann.The invention has for its object to improve a generic heat exchanger as part of an exhaust gas recirculation of an internal combustion engine for a motor vehicle with an at least partially curved exhaust passage for cooling a certain part of the exhaust gas return for the effect that this with the same or larger heat exchange surface constructed more compact and cheaper can be produced.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht nach der Erfindung in einem Wärmetauscher gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1.The solution of this problem consists according to the invention in a heat exchanger according to the features of claim 1.

Die Erfindung sieht einen Wärmetauscher als Bestandteil einer Abgasrückführung eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs vor, welcher zur Kühlung eines für die Rückführung bestimmten Teils eines Abgases dient. Der Wärmetauscher weist hierbei einen zumindest abschnittsweise gekrümmten Abgaskanal auf, welcher von dem Abgas durchströmbar ist. Erfindungsgemäß ist der Abgaskanal spiralförmig gekrümmt.The invention provides a heat exchanger as part of an exhaust gas recirculation of an internal combustion engine of a motor vehicle, which is used for cooling a certain part of an exhaust gas for the return. The heat exchanger in this case has an at least partially curved exhaust duct, which can be flowed through by the exhaust gas. According to the invention the exhaust duct is spirally curved.

Der besondere Vorteil der spiralförmigen Krümmung des Abgaskanals liegt in seiner überaus kompakten Bauweise. Hierdurch wird eine große Oberfläche für den Temperaturaustausch geschaffen bei gleichzeitig geringen Außenabmessungen. Die spiralförmige Krümmung bewirkt einen Drall und erhöht die Turbulenzen des darin strömenden Fluids. Auch wenn bereits die spiralförmige Krümmung des Abgaskanals die Turbulenzbildung verbessert, können weitere Einbauten innerhalb sowie vor oder nach dem Abgaskanal die Turbulenzbildung verbessern und gezielt beeinflussen.The particular advantage of the spiral curvature of the exhaust duct lies in its extremely compact design. As a result, a large surface for the temperature exchange is created at the same time small outer dimensions. The spiral curvature causes a twist and increases the turbulence of the fluid flowing therein. Even if the spiral curvature of the exhaust gas duct already improves turbulence formation, further internals within and in front of or behind the exhaust gas duct can improve and specifically influence turbulence formation.

Vorzugsweise hat die spiralförmige Krümmung die Form einer archimedischen Spirale, bei der die Entfernung benachbarter Kurvenpunkte auf einer Nullpunktsgeraden konstant ist. Für eine sich kontinuierlich vergrößernde Aufweitung des Kanals zum Außenumfang des Wärmetauschers hin könnte die spiralförmige Krümmung auch die Form einer Fibonacci-Spirale annehmen. Grundsätzlich sind aber auch alle anderen Spiralformen wie beispielsweise logarithmische, aus einzelnen Kreisbögen oder Halbkreisen oder auch aus geraden Segmenten zusammengesetzte Formungen sowie Kombinationen daraus denkbar. Je nach Anforderung bietet sich hierbei auch eine Richtungsumlenkung der Krümmung oder eine Clothoide an. Die Form der Krümmung beeinflusst maßgeblich den sich einstellenden Staudruck.Preferably, the helical curve is in the form of an Archimedean spiral in which the distance of adjacent curve points on a zero-degree line is constant. For a continuously widening of the channel towards the outer periphery of the heat exchanger, the spiral curvature could also take the form of a Fibonacci spiral. In principle, however, all other spiral shapes such as logarithmic, from individual circular arcs or semicircles or even straight segments composite shapes and combinations thereof are conceivable. Depending on the requirements, a directional deflection of the curvature or a clothoid may be used. The shape of the curvature significantly influences the resulting dynamic pressure.

Um die gewünschte Kühlleistung zu erreichten, sieht die Erfindung vor, dass der Abgaskanal einen parallel zu seiner spiralförmigen Krümmung verlaufenden Kühlkanal aufweist. Für eine kontinuierliche Temperaturabgabe des Abgases ist der Kühlkanal von einem Kühlfluid durchströmbar. Baulich schmiegt sich der Kühlkanal direkt an den Abgaskanal an und folgt dessen spiralförmiger Krümmung. Hierdurch ergibt sich ein kontinuierlicher, großflächiger Kontakt zwischen dem Abgas- und dem Kühlkanal.In order to achieve the desired cooling capacity, the invention provides that the exhaust gas channel has a cooling channel running parallel to its spiral curvature. For a continuous temperature output of the exhaust gas, the cooling channel can be traversed by a cooling fluid. Structurally, the cooling duct nestles directly against the exhaust duct and follows its spiral curvature. This results in a continuous, large-area contact between the exhaust and the cooling channel.

Für bestimmte Anforderungen sieht die Erfindung vor, dass zwischen dem Abgaskanal und dem Kühlkanal ein weiterer Zusatzkanal angeordnet ist. Der Zusatzkanal muss sich nicht generell zwischen dem Abgaskanal und dem Kühlkanal befinden. So kann der Zusatzkanal beispielsweise auch neben dem Abgaskanal oder dem Kühlkanal angeordnet sein. Grundsätzlich sind auch mehrere Zusatzkanälen denkbar, die parallel zur spiralförmigen Krümmung des Abgas- sowie Kühlkanals verlaufen. Sofern die im Kühl- sowie Abgaskanal strömenden Fluide auch bei einer möglichen Leckage keinen Kontakt erfahren dürfen, dient der dazwischen angeordnete Zusatzkanal zur Erhöhung der Sicherheit. Durch die bauliche Trennung des Abgaskanals von dem Kühlkanal wird auch bei einer Perforation der diese Kanäle begrenzenden Oberflächen eine Vermischung der Fluide verhindert. Über die Anordnung eines oder mehrerer Zusatzkanäle kann auch eine Abstufung der Temperaturdifferenz zwischen Abgaskanal und Kühlkanal erfolgen. For certain requirements, the invention provides that between the exhaust duct and the cooling channel another additional channel is arranged. The additional duct does not generally have to be between the exhaust duct and the cooling duct. For example, the additional channel can also be arranged next to the exhaust gas channel or the cooling channel. In principle, several additional channels are conceivable, which run parallel to the spiral curvature of the exhaust gas and cooling channel. If the fluids flowing in the cooling and exhaust gas channel are not allowed to come into contact even in the case of a possible leakage, the additional channel arranged therebetween serves to increase safety. Due to the physical separation of the exhaust gas channel from the cooling channel, a mixing of the fluids is prevented even with a perforation of the surfaces delimiting these channels. About the arrangement of one or more additional channels can also be a gradation of the temperature difference between the exhaust duct and the cooling channel.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die spiralförmig ausgebildeten Wände der einzelnen Kanäle durch ein Mittel zur Beabstandung voneinander beabstandet sind. Durch die Mittel zur Beabstandung wird der Querschnitt der Kanäle festgelegt. Es ist nicht zwingend ein durchgehend konstanter Abstand der einzelnen Kanäle zueinander erforderlich. Die Abstände können variieren.A development of the invention provides that the spirally formed walls of the individual channels are spaced apart by a means for spacing. The means for spacing determines the cross-section of the channels. It is not absolutely necessary to have a constant constant distance between the individual channels. The distances can vary.

Die Wände können eine Struktur sowie Profilierung als dreidimensionale Vorform erhalten, welche direkten Einfluss auf die Verwirbelung der die Kanäle durchströmenden Fluiden haben.The walls can have a structure and profiling as a three-dimensional preform, which have a direct influence on the turbulence of the fluids flowing through the channels.

Ferner sieht die Erfindung vor, dass die Mittel zur Beabstandung in vorteilhafter Weise auch nach Erzeugung der spiralförmigen Krümmung entfernbar sind. Auch wenn die Mittel zur Beabstandung grundsätzlich zwischen den spiralförmig ausgebildeten Wänden der einzelnen Kanäle sowie zwischen den einzelnen Kanälen selbst verbleiben können, so fallen durch die nachträgliche Entfernung Strömungshindernisse weg. Ungewollte Turbulenzen sowie Querschnittssprünge im Verlauf der Kanäle werden reduziert.Furthermore, the invention provides that the means for spacing are advantageously removable even after the generation of the helical curvature. Although the spacing means may in principle remain between the spirally formed walls of the individual channels and between the individual channels themselves, flow obstacles will be eliminated by the subsequent removal. Unwanted turbulence and cross-sectional jumps in the course of the channels are reduced.

Das Mittel zur Beabstandung kann beispielsweise aus einem wasserlöslichen Bindemittel, aus Kunststoffen oder niedrigschmelzenden NE-Metallen sowie einer Kombination daraus gebildet werden. Grundsätzlich ist der Einsatz von Materialien denkbar, die thermisch, chemisch oder mechanisch entfernbar sind.The spacing agent can be formed, for example, from a water-soluble binder, from plastics or low-melting non-ferrous metals and a combination thereof. Basically, the use of materials is conceivable that are thermally, chemically or mechanically removable.

Es ist vorgesehen, dass die unmittelbar benachbarten Kanäle durch nur eine einzige Wand voneinander getrennt sind. In diesem Zusammenhang können zwei über die Mittel zur Beabstandung beabstandete Platinen miteinander spiralförmig gekrümmt werden. Über die voneinander wegweisenden Außenseiten der Platinen wird somit innerhalb der Spirale ein weiterer Kanal gebildet. Der Abstand zwischen den Platinen wird durch die Mittel zur Beabstandung bestimmt.It is envisaged that the immediately adjacent channels are separated by only a single wall. In this connection, two boards spaced over the spacing means may be spirally curved together. About the groundbreaking outer sides of the boards thus another channel is formed within the spiral. The distance between the boards is determined by the means for spacing.

Durch den Einsatz weiterer Platinen und deren spiralförmigen Krümmung in Kombination mit den Mitteln zur Beabstandung ergeben sich weitere Kanäle, welche dann die Zusatzkanäle zwischen oder neben dem Abgaskanal sowie dem Kühlkanal bilden.The use of further boards and their spiral curvature in combination with the means for spacing results in additional channels, which then form the additional channels between or adjacent to the exhaust duct and the cooling channel.

Erfindungsgemäß sind die Kanäle von dem Abgas und dem Kühlfluid gleichgerichtet durchströmbar. Die Durchströmung kann sowohl axial als auch radial in Richtung der Krümmung erfolgen.According to the invention, the channels can be flowed through in the same direction by the exhaust gas and the cooling fluid. The flow can take place both axially and radially in the direction of the curvature.

In einer Variante sind die Kanäle von dem Abgas und dem Kühlfluid axial oder radial gegenläufig durchströmbar.In a variant, the channels of the exhaust gas and the cooling fluid can flow axially or radially in opposite directions.

In einer weiteren Variante sind die Kanäle von dem Abgas und dem Kühlfluid in einem Kreuzstrom zueinander durchströmbar. Hierbei durchströmt beispielsweise das Abgas den spiralförmig gekrümmten Abgaskanal axial, d. h. in dessen Längsrichtung, während das Kühlfluid in Querrichtung und damit in Krümmungsrichtung des Kühlkanals um den Abgaskanal herum strömt. Die umgekehrte Variante ist ebenso möglich.In a further variant, the channels can be flowed through by the exhaust gas and the cooling fluid in a cross flow to one another. In this case, for example, the exhaust gas flows through the spirally curved exhaust gas duct axially, d. H. in its longitudinal direction, while the cooling fluid flows in the transverse direction and thus in the direction of curvature of the cooling channel around the exhaust passage around. The reverse variant is also possible.

Die Erfindung schafft einen überaus kompakten und mit nur wenig Materialeinsatz realisierbaren Wärmetauscher. Durch die spiralförmige Krümmung der parallel zueinander verlaufenden Kanäle wird eine sehr große Wärmetauscherfläche bei gleichzeitig kleinen Außenabmessungen des Wärmetauschers erreicht.The invention provides a very compact and with little use of materials feasible heat exchanger. Due to the helical curvature of the mutually parallel channels, a very large heat exchanger surface is achieved at the same time small outer dimensions of the heat exchanger.

Die verhältnismäßig einfache Herstellung der spiralförmigen Krümmung wirkt sich positiv auf die Fertigungskosten aus. Durch Mittel zur Beabstandung kann die Spiralform individuell angepasst werden. Die spiralförmige Krümmung bewirkt einen Drall der Fluide, wodurch sich die Verwirbelungen sowie Turbulenzen innerhalb der Kanäle erhöhen und die Effektivität des Wärmetauschers steigern.The relatively simple production of the spiral curvature has a positive effect on the manufacturing costs. By means of spacing, the spiral shape can be customized. The helical curvature causes a spin of the fluids, which increases the turbulence and turbulence within the channels and increases the efficiency of the heat exchanger.

In Kombination mit unterschiedlichen Oberflächenstrukturen sowie Prägungen der Kanalwände kann das Strömungsverhalten innerhalb der Kanäle nochmals positiv beeinflusst werden. Die Einbringung der Oberflächenstruktur sowie der Prägung kann zuvor an ebenen Platinen erfolgen, wodurch sich die Fertigung in Bezug auf das Ergebnis nochmals vereinfacht und beschleunigt bei entsprechender Absenkung der Produktionskosten.In combination with different surface structures and embossing of the channel walls, the flow behavior within the channels can once again be positively influenced. The introduction of the surface structure and the embossing can be done previously on flat boards, whereby the production in relation to the result once again simplified and accelerated with a corresponding reduction in production costs.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in den Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen: The invention is explained in more detail with reference to an embodiment schematically illustrated in the drawings. Show it:

1–6 einen erfindungsgemäßen Wärmetauscher in einer perspektivischen Ansicht in unterschiedlichen Durchströmungsvarianten. 1 - 6 a heat exchanger according to the invention in a perspective view in different flow variants.

1 zeigt einen Wärmetauscher 1, welcher einen spiralförmig gekrümmten Abgaskanal 2 aufweist. Der Abgaskanal 2 ist als Flachkanal ausgebildet. Sein Querschnitt weist in Richtung der spiralförmigen Krümmung ein Verhältnis seiner Höhe zur Breite von 1:25 auf. Der Abgaskanal 2 wird radial durch zwei zueinander beabstandete und parallel verlaufende Wände 3 gebildet. Die spiralförmige Krümmung des Abgaskanals 2 wird somit durch eine ebene Kurve der zueinander beabstandeten Wände 3 gebildet, welche in bestimmter Weise spiralförmig um eine Mittellängsachse X des Wärmetauschers 1 herum verläuft. Der Abstand zwischen den parallel zueinander verlaufenden Wänden 3 ist über die spiralförmige Krümmung hinweg konstant. 1 shows a heat exchanger 1 , which has a spirally curved exhaust duct 2 having. The exhaust duct 2 is designed as a flat channel. Its cross section has a ratio of its height to the width of 1:25 in the direction of the spiral curvature. The exhaust duct 2 is radially through two spaced apart and parallel walls 3 educated. The spiral curvature of the exhaust duct 2 is thus by a plane curve of the spaced apart walls 3 formed in a certain way spirally about a central longitudinal axis X of the heat exchanger 1 runs around. The distance between the parallel walls 3 is constant over the spiral curvature.

Um den spiralförmigen Verlauf des Abgaskanals 2 zu verdeutlichen, ist dieser in allen Ausführungsformen schraffiert dargestellt.To the spiral course of the exhaust duct 2 to clarify, this is shown hatched in all embodiments.

Die Aufwicklung des spiralförmigen Abgaskanals 2 weist jeweils zueinander beabstandete Windungen auf, so dass zwischen den Außenseiten der den Abgaskanal 2 begrenzenden Wände 3 ein Kühlkanal 4 gebildet ist. Der Kühlkanal 4 wird somit von den zueinander beabstandeten Windungen des Abgaskanals 2 gebildet. Die beiden Kanäle 2, 4 weisen in radialer Richtung die gleiche Höhe auf. Der Abgaskanal 2 ist an seinem im Bereich der Mittellängsachse X gelegenen Ende durch eine Querwand 5 über seine gesamte Ausbreitung in Längsrichtung des Wärmetauschers 1 verschlossen. Zusätzlich ist der Abgaskanal 2 auch an seinem an einem Außenumfang 6 des Wärmetauscher 1 gelegenen Ende durch eine Querwand 7 verschlossen.The winding of the spiral exhaust gas duct 2 has each spaced-apart turns, so that between the outer sides of the exhaust duct 2 bounding walls 3 a cooling channel 4 is formed. The cooling channel 4 is thus of the spaced apart turns of the exhaust passage 2 educated. The two channels 2 . 4 have the same height in the radial direction. The exhaust duct 2 is at its located in the region of the central longitudinal axis X end by a transverse wall 5 over its entire propagation in the longitudinal direction of the heat exchanger 1 locked. In addition, the exhaust duct 2 also on his on an outer circumference 6 of the heat exchanger 1 situated end by a transverse wall 7 locked.

Der Kühlkanal 4 weist im Bereich des Außenumfangs 6 des Wärmetauschers 1 in Ebene der Querwand 7 des Abgaskanals 2 ebenfalls eine ihn verschließende Querwand 8 auf.The cooling channel 4 points in the area of the outer circumference 6 of the heat exchanger 1 in level of the transverse wall 7 the exhaust duct 2 likewise a transverse wall closing it 8th on.

Der Wärmetauscher 1 wird in seiner Längsrichtung parallel zur Mittellängsachse X, d. h. in Axialrichtung, von zwei Fluiden richtungsgleich durchströmt, wobei ein heißes Abgas A1 den Abgaskanal 2 und ein Kühlfluid B1 den Kühlkanal 4 durchströmen. Nachdem die Fluide den Wärmetauscher 1 in dessen Längsrichtung durchströmt haben, treten diese als ein gekühltes Abgas A2 und ein temperiertes Kühlfluid B2 aus den jeweiligen Kanälen 2, 4 wieder aus.The heat exchanger 1 is in its longitudinal direction parallel to the central longitudinal axis X, ie in the axial direction, flows through two fluids in the same direction, wherein a hot exhaust gas A1, the exhaust passage 2 and a cooling fluid B1 the cooling passage 4 flow through. After the fluids the heat exchanger 1 have flowed through in the longitudinal direction, they pass as a cooled exhaust gas A2 and a tempered cooling fluid B2 from the respective channels 2 . 4 out again.

2 zeigt eine Variante eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers 1a, welcher mit dem in 1 dargestellten Wärmetauscher 1 in seinem Aufbau identisch ist. Wesentlich hierbei ist die entgegengesetzte Richtung der Durchströmung der Kanäle 2, 4 durch die Fluide. Während ein heißes Abgas A3 den Wärmetauscher 1a in dessen Längsrichtung über den Abgaskanal 2 durchläuft und als gekühltes Abgas A4 verlässt, strömt in entgegengesetzte Richtung ein Kühlfluid B3 in den Kühlkanal 4 des Wärmetauschers 1a und verlässt diesen an der entgegengesetzten Seite als temperiertes Kühlfluid B4. 2 shows a variant of a heat exchanger according to the invention 1a , which with the in 1 shown heat exchanger 1 identical in its structure. Essential here is the opposite direction of flow through the channels 2 . 4 through the fluids. While a hot exhaust A3 the heat exchanger 1a in its longitudinal direction over the exhaust passage 2 passes through and leaves A4 as cooled exhaust gas flows in the opposite direction, a cooling fluid B3 in the cooling channel 4 of the heat exchanger 1a and leaves it on the opposite side as tempered cooling fluid B4.

3 zeigt einen Wärmetauscher 1b als Variante der bereits in den 1 und 2 dargestellten Systeme. Im Unterschied dazu weist der Wärmetauscher 1b endseitig seiner Längsrichtung einen Deckel 9 auf. Der Deckel 9 verschließt sowohl den Abgaskanal 2 als auch den Kühlkanal 4 in Axialrichtung. Darüber hinaus sind die am Außenumfang 6 gelegenen Enden des Abgaskanals 2 und des Kühlkanals 4 durch den Wegfall der in den 1 und 2 dargestellten Querwände 7, 8 offen. Durch den endseitigen Verschluss des Wärmetauschers 1b über den Deckel 9 tritt ein heißes Abgas A5 in Längsrichtung des Wärmetauschers 1b in dessen Abgaskanal 2 ein und verlässt diesen über das am Außenumfang 6 gelegene Ende des Abgaskanals 2 als gekühltes Abgas A6. Parallel hierzu tritt ein Kühlfluid B5 richtungsgleich mit dem heißen Abgas A5 in den Kühlkanal 4 des Wärmetauschers 1b ein und verlässt diesen ebenfalls über das im Bereich des Außenumfangs 6 gelegene Ende des Kühlkanals 4 als temperiertes Kühlfluid B6. 3 shows a heat exchanger 1b as a variant of the already in the 1 and 2 illustrated systems. In contrast, the heat exchanger 1b end of its longitudinal direction a lid 9 on. The lid 9 closes both the exhaust duct 2 as well as the cooling channel 4 in the axial direction. In addition, the outside circumference 6 located ends of the exhaust passage 2 and the cooling channel 4 by eliminating the in the 1 and 2 illustrated transverse walls 7 . 8th open. Through the end-side closure of the heat exchanger 1b over the lid 9 enters a hot exhaust gas A5 in the longitudinal direction of the heat exchanger 1b in the exhaust duct 2 and leaves this over the outer circumference 6 located end of the exhaust duct 2 as cooled exhaust gas A6. In parallel, a cooling fluid B5 enters the cooling channel in the same direction as the hot exhaust gas A5 4 of the heat exchanger 1b one and also leaves this over in the area of the outer circumference 6 located end of the cooling channel 4 as tempered cooling fluid B6.

4 zeigt eine Variante des bereits in 3 dargestellten Wärmetauschers 1b. Der hier dargestellte Wärmetauscher 1c unterscheidet sich vom Wärmetauscher 1b derart, dass dieser einen jeweils in entgegengesetzte Richtung verlaufenden Strömungspfad der Fluide aufweist. Hierbei tritt ein heißes Abgas A7 im Bereich des Außenumfangs 6 des Wärmetauschers 1c umfangsseitig in den Abgaskanal 2 ein und verlässt diesen in Längsrichtung parallel zur Mittellängsachse X als gekühltes Abgas A8. Dem entgegengesetzt tritt ein Kühlfluid B7 in Längsrichtung des Wärmetauschers 1c in dessen Kühlkanal 4 ein und verlässt diesen umfangsseitig als temperiertes Kühlfluid B8. 4 shows a variant of the already in 3 illustrated heat exchanger 1b , The heat exchanger shown here 1c is different from the heat exchanger 1b in such a way that it has a respective flow path of the fluids in the opposite direction. In this case, a hot exhaust gas A7 occurs in the region of the outer circumference 6 of the heat exchanger 1c circumferentially in the exhaust duct 2 and leaves it in the longitudinal direction parallel to the central longitudinal axis X as cooled exhaust gas A8. The opposite occurs a cooling fluid B7 in the longitudinal direction of the heat exchanger 1c in the cooling channel 4 and exits this circumferentially as tempered cooling fluid B8.

5 zeigt einen Wärmetauscher 1d, welcher als Variante der bereits in den 1 und 3 aufgezeigten Wärmetauscher 1, 1b aufgebaut ist. Der Abgaskanal 2 weist hierbei an seinem im Bereich des Außenumfangs 6 gelegenen Endes die Querwand 7 auf, während der Kühlkanal 4 im Bereich des Außenumfangs 6 geöffnet ist. Des Weiteren ist endseitig des Wärmetauschers 1d ein Deckel 9a angeordnet, welcher den Kühlkanal 4 verschließt, während der Abgaskanal 2 geöffnet bleibt. Ein heißes Abgas A9 tritt an einem dem Deckel 9a gegenüberliegenden Ende des Wärmetauschers 1d in den Abgaskanal 2 ein und verlässt diesen auf der gegenüberliegenden Seite durch den Deckel 9a als gekühltes Abgas A10. Parallel hierzu tritt ein Kühlfluid B9 richtungsgleich zum heißen Abgas A9 in den Kühlkanal 4 ein und verlässt diesen im Bereich des Außenumfangs 6 als temperiertes Kühlfluid B10. 5 shows a heat exchanger 1d , which as a variant of the already in the 1 and 3 indicated heat exchanger 1 . 1b is constructed. The exhaust duct 2 here has its in the region of the outer periphery 6 located at the end of the transverse wall 7 on while the cooling channel 4 in the area of the outer circumference 6 is open. Furthermore, the end of the heat exchanger 1d a lid 9a arranged, which the cooling channel 4 closes while the exhaust duct 2 remains open. A hot one Exhaust A9 enters the lid 9a opposite end of the heat exchanger 1d in the exhaust duct 2 and leaves it on the opposite side through the lid 9a as cooled exhaust gas A10. In parallel, a cooling fluid B9 enters the cooling channel in the same direction as the hot exhaust gas A9 4 and leaves it in the area of the outer circumference 6 as tempered cooling fluid B10.

6 stellt eine Variante des bereits in 5 dargestellten Wärmetauschers 1d dar. Die Funktionsweise des hier aufgezeigten Wärmetauschers 1e weist eine Richtungsumkehr eines der Fluiden auf, wobei ein heißes Abgas A11 richtungsgleich zum im bereits in 5 dargestellten Verlaufs als gekühltes Abgas A12 aus dem Wärmetauscher 1e im Bereich des Deckels 9a austritt. Demgegenüber tritt ein Kühlfluid B11 außenseitig im Bereich des Außenumfangs 6 in den Kühlkanal 4 ein und verlässt diesen in Längsrichtung des Wärmetauschers 1e auf der dem Deckel 9a gegenüberliegenden Seite in entgegengesetzte Richtung zum heißen Abgas A11 als temperiertes Kühlfluid B12. 6 represents a variant of the already in 5 illustrated heat exchanger 1d dar. The operation of the heat exchanger shown here 1e has a reversal of direction of one of the fluids, wherein a hot exhaust gas A11 the same direction in the already in 5 shown course as cooled exhaust gas A12 from the heat exchanger 1e in the area of the lid 9a exit. On the other hand, a cooling fluid B11 enters on the outside in the area of the outer periphery 6 in the cooling channel 4 and leaves this in the longitudinal direction of the heat exchanger 1e on the lid 9a opposite side in the opposite direction to the hot exhaust gas A11 as tempered cooling fluid B12.

Während die 1 und 3 eine gleichgerichtete Durchströmbarkeit und die 2 und 4 eine gegenläufige Durchströmbarkeit aufweisen, zeigen die 5 und 6 einen Kreuzstrom der die Kanäle 2, 4 durchströmenden Fluiden auf.While the 1 and 3 a rectified flow through and the 2 and 4 have an opposite flow through, show the 5 and 6 a cross flow of the channels 2 . 4 flowing through fluids.

In der Praxis wird der Wärmetauscher 1 bis 1e durch ein innerhalb seines Abgaskanals 2 strömendes heißes Abgas A1, A3, A5, A7, A9, A11 durchströmt. Über den parallel zu den Windungen des Abgaskanals 2 verlaufenden Kühlkanal 4 dient ein darin strömendes Kühlfluid B1, B3, B5, B7, B9, B11 zur Kühlung. Durch die von den Wänden 3 gebildete große Oberfläche erfolgt ein kontinuierlicher Ausgleich der Temperaturdifferenzen zwischen dem Abgaskanal 2 und dem Kühlkanal 4 sowie den darin strömenden Fluiden. Die Kühlleistung wird durch die spiralförmige Krümmung verbessert, da die durchströmenden Fluiden einen Drall erhalten und die Verwirbelungen den Oberflächenkontakt und somit den Temperaturaustausch erhöhen. Je nach Anforderung ist der Wärmetauscher 1 bis 1e sowohl gleichgerichtet als auch gegenläufig sowie in einem Kreuzstrom der einzelnen Fluiden durchströmbar. Durch die spiralförmige Krümmung wird eine große Oberfläche geschaffen bei gleichzeitig kleinen Außenabmessungen. Somit weist der Wärmetauscher 1 bis 1e selbst in beengten Einbauräumen einen hohen Leistungsgrad auf.In practice, the heat exchanger 1 to 1e through one within its exhaust duct 2 flowing hot exhaust gas A1, A3, A5, A7, A9, A11 flows through. About the parallel to the windings of the exhaust duct 2 extending cooling channel 4 serves a cooling fluid flowing therein B1, B3, B5, B7, B9, B11 for cooling. Through the walls 3 formed large surface is a continuous compensation of the temperature differences between the exhaust passage 2 and the cooling channel 4 and the fluids flowing therein. The cooling performance is improved by the spiral curvature, since the fluids flowing through a twist and the turbulence increase the surface contact and thus the temperature exchange. Depending on the requirement, the heat exchanger 1 to 1e both rectified and countercurrent and in a cross-flow of the individual fluids flowed through. Due to the spiral curvature, a large surface is created with small outer dimensions. Thus, the heat exchanger 1 to 1e even in cramped installation spaces a high level of performance.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Wärmetauscherheat exchangers
1a1a: Wärmetauscherheat exchangers
1b1b: Wärmetauscherheat exchangers
1c1c: Wärmetauscherheat exchangers
1d1d: Wärmetauscherheat exchangers
1e1e: Wärmetauscherheat exchangers
22: Abgaskanalexhaust duct
33: Wandwall
44: Kühlkanalcooling channel
55: Querwandpartition
66: Außenumfangouter periphery
77: Querwandpartition
88th: Querwandpartition
99: Deckelcover
9a9a: Deckelcover
A1A1: Abgas, heißExhaust, hot
A2A2: Abgas, gekühltExhaust gas, cooled
A3A3: Abgas, heißExhaust, hot
A4A4: Abgas, gekühltExhaust gas, cooled
A5A5: Abgas, heißExhaust, hot
A6A6: Abgas, gekühltExhaust gas, cooled
A7A7: Abgas, heißExhaust, hot
A8A8: Abgas, gekühltExhaust gas, cooled
A9A9: Abgas, heißExhaust, hot
A10A10: Abgas, gekühltExhaust gas, cooled
A11A11: Abgas, heißExhaust, hot
A12A12: Abgas, gekühltExhaust gas, cooled
B1B1: Kühlfluid,Cooling fluid,
B2B2: Kühlfluid, temperiertCooling fluid, tempered
B3B3: Kühlfluid,Cooling fluid,
B4B4: Kühlfluid, temperiertCooling fluid, tempered
B5B5: Kühlfluid,Cooling fluid,
B6B6: Kühlfluid, temperiertCooling fluid, tempered
B7B7: Kühlfluid,Cooling fluid,
B8B8: Kühlfluid, temperiertCooling fluid, tempered
B9B9: Kühlfluid,Cooling fluid,
B10B10: Kühlfluid, temperiertCooling fluid, tempered
B11B11: Kühlfluid,Cooling fluid,
B12B12: Kühlfluid, temperiertCooling fluid, tempered
XX: Mittellängsachsecentral longitudinal axis

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102007054913 A1 [0004]

Claims

Heat exchanger as part of an exhaust gas recirculation (EGR) of an internal combustion engine of a motor vehicle, for cooling a part of an exhaust gas intended for recirculation (A1-A12), wherein the heat exchanger ( 1 - 1e ) an at least partially curved exhaust passage ( 2 ), which can be traversed by the exhaust gas to be cooled (A1-A12), characterized in that the exhaust gas channel ( 2 ) is spirally curved.

Heat exchanger according to claim 1, characterized in that the exhaust duct ( 2 ) extending parallel to its spiral curvature cooling channel ( 4 ), wherein the cooling channel ( 4 ) by a cooling fluid (B1-B12) can be flowed through.

Heat exchanger according to claim 1 or 2, characterized in that between the exhaust duct ( 2 ) and the cooling channel ( 4 ) or is arranged next to one of these at least one additional additional channel.

Heat exchanger according to one of claims 1 to 3, characterized in that the helical curvature is formed by a Mehrfachkantung.

Heat exchanger according to one of claims 1 to 4, characterized in that the spirally formed walls ( 3 ) of the individual channels ( 2 . 4 ) are spaced apart by means for spacing.

Heat exchanger according to claim 5, characterized in that the means for spacing is removable.

Heat exchanger according to one of claims 1, 2, 4 or 5, characterized in that the immediately adjacent channels ( 2 . 4 ) by only one of the walls ( 3 ) are separated from each other.

Heat exchanger according to one of claims 1 to 7, characterized in that the channels ( 2 . 4 ) of the exhaust gas (A1, A2, A5, A6,) and the cooling fluid (B1, B2, B5, B6) are rectilinearly flowed through.

Heat exchanger according to one of claims 1 to 8, characterized in that the channels ( 2 . 4 ) of the exhaust gas (A3, A4, A7, A8) and the cooling fluid (B3, B4, B7, B8) are flowed through in opposite directions.

Heat exchanger according to one of claims 1 to 9, characterized in that the channels ( 2 . 4 ) of the exhaust gas (A9, A10, A11, A12) and the cooling fluid (B9, B10, B11, B12) are flowed through in a cross-flow to each other.