DE102014222158A1 - Exhaust gas heat exchanger - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Abgaswärmeübertrager (1, 51, 101, 151) mit einem Gehäuse (3) mit darin angeordneten ersten Rohren (6), wobei die ersten Rohre (6) von einem ersten Fluid (9) durchströmbar sind und von einem zweiten Fluid (11) umströmbar sind, wobei die ersten Rohre (6) endseitig offen ausgebildet sind zur Einströmung des ersten Fluids (9) in die ersten Rohre (6) oder zur Ausströmung des ersten Fluids (9) aus den ersten Rohren (6), wobei das Gehäuse (3) einen Einlassanschluss (13) zum Einströmen des zweiten Fluids (11) und einen Auslassanschluss (14) zum Ausströmen des zweiten Fluids (11) aufweist, wobei in dem Gehäuse (3) ein Bypasskanal (17) angeordnet ist, wobei der Bypasskanal (17) von der Fluidströmung des zweiten Fluids (11) durch ein Trennelement (22, 72, 122, 162) im Wesentlichen getrennt angeordnet ist.The invention relates to an exhaust gas heat exchanger (1, 51, 101, 151) having a housing (3) with first tubes (6) arranged therein, wherein the first tubes (6) can be flowed through by a first fluid (9) and by a second fluid (11) are flow around, wherein the first tubes (6) are open at the end for inflow of the first fluid (9) into the first tubes (6) or to the outflow of the first fluid (9) from the first tubes (6) the housing (3) has an inlet port (13) for inflowing the second fluid (11) and an outlet port (14) for discharging the second fluid (11), wherein in the housing (3) a bypass channel (17) is arranged the bypass passage (17) is substantially separated from the fluid flow of the second fluid (11) by a partition member (22, 72, 122, 162).
Description
Technisches GebietTechnical area
Die Erfindung betrifft einen Abgaswärmeübertrager, insbesondere für den Abgasstrang eines Kraftfahrzeugs, insbesondere nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.The invention relates to an exhaust gas heat exchanger, in particular for the exhaust gas line of a motor vehicle, in particular according to the preamble of claim 1.
Stand der TechnikState of the art
Durch die
Die
Durch das Gestrick oder durch den vorgesehenen Luftspalt des Doppelrohrs wird der Bypasskanal thermisch isoliert. Dadurch kann das heiße Abgas beim Kaltstartvorgang den Wärmeübertragungsbereich umgehen und somit den Motor und nachgeschaltete Oxidationskatalysatoren schneller auf Betriebstemperatur aufwärmen. Entsprechend kann bereits beim Kaltstart die Stickoxidemission reduziert und der spezifische Kraftstoffverbrauch durch die schnellere Aufheizung des Motors verringert werden.Through the knitted fabric or through the intended air gap of the double tube, the bypass channel is thermally insulated. This allows the hot exhaust gas to bypass the heat transfer area during the cold start process and thus to more quickly warm the engine and downstream oxidation catalysts to operating temperature. Accordingly, the nitrogen oxide emission can already be reduced during the cold start and the specific fuel consumption can be reduced by the faster heating of the engine.
Im Stand der Technik sind für das thermische Isolieren des Bypasskanals somit zumindest zwei Bauteile notwendig, also ein Rohr und das Gestrick oder zwei Rohre bei der Doppelrohrkonstruktion. Die Gestaltung mit einem Einzelrohr und dem Gestrick funktioniert dabei nur bei einer Anwendung als Bypassrohr außerhalb des Wärmeübertragers, bei welchem das Bypassrohr parallel aber außerhalb des Gehäuses des Wärmeübertragers vorbei geführt wird. Würde das mit dem Gestrick isolierte Bypassrohr in das Gehäuse des Wärmeübertragers eingesetzt werden und somit das Gestrick mit Kühlmittel umströmt werden, würde das Gestrick seine Isolierwirkung verlieren.In the prior art, at least two components are therefore necessary for the thermal insulation of the bypass channel, ie a pipe and the fabric or two pipes in the double pipe construction. The design with a single tube and the fabric works only in an application as a bypass tube outside of the heat exchanger, in which the bypass pipe is guided in parallel but outside the housing of the heat exchanger. If the bypass pipe insulated with the knitted fabric were to be inserted into the housing of the heat exchanger, and thus coolant would flow around the knitted fabric, the knitted fabric would lose its insulating effect.
Bei der Ausbildung des Bypasses als Doppelrohr hat sich in der Praxis herausgestellt, dass die Verbindung zwischen dem Innenrohr und dem Außenrohr einen Schwachpunkt darstellt. Die beiden Rohre sind aufgrund der thermischen Isolierung auf unterschiedlicher Temperatur. Durch die auftretenden Temperaturen der beiden Rohre, wobei das Innenrohr aufgrund der Abgasdurchströmung relativ heiß wird und das Außenrohr aufgrund der Kühlmittelumströmung im Vergleich dazu relativ kühl bleibt und aufgrund der im Betrieb des Kraftfahrzeugs auftretenden Vibrationen, kann es zum Ausfallen des Bypassrohrs und damit des Abgaswärmeübertragers kommen.In the formation of the bypass as a double tube has been found in practice that the connection between the inner tube and the outer tube is a weak point. The two tubes are due to the thermal insulation at different temperatures. Due to the occurring temperatures of the two tubes, wherein the inner tube is relatively hot due to the exhaust gas flow and the outer tube remains relatively cool due to the coolant flow in comparison and occurring due to the vibrations occurring during operation of the motor vehicle, it can lead to failure of the bypass tube and thus the Abgaswärmeübertragers ,
Darstellung der Erfindung, Aufgabe, Lösung, VorteilePresentation of the invention, object, solution, advantages
Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen Abgaswärmeübertrager zu schaffen welcher einfach aufgebaut ist und dennoch eine dauerfeste Ausbildung eines Bypassrohrs aufweist, welches gegenüber dem Stand der Technik verbessert ist.It is the object of the invention to provide an exhaust gas heat exchanger which is simple in construction and yet has a durable construction of a bypass tube, which is improved over the prior art.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.This object is achieved with the features of claim 1.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft einen Abgaswärmeübertrager mit einem Gehäuse mit darin angeordneten ersten Rohren, wobei die ersten Rohre von einem ersten Fluid durchströmbar sind und von einem zweiten Fluid umströmbar sind, wobei die ersten Rohre endseitig offen ausgebildet sind zur Einströmung des ersten Fluids in die ersten Rohre und zur Ausströmung des ersten Fluids aus den ersten Rohren, wobei das Gehäuse einen Einlassanschluss zum Einströmen des zweiten Fluids und einen Auslassanschluss zum Ausströmen des zweiten Fluids aufweist, wobei in dem Gehäuse ein Bypasskanal angeordnet ist, wobei der Bypasskanal von der Fluidströmung des zweiten Fluids durch ein Trennelement im Wesentlichen getrennt angeordnet ist. Durch die Anordnung des Trennelements im Gehäuse wird der Bypasskanal von der Strömung des zweiten Fluids zumindest im Wesentlichen getrennt oder behindert bzw. vollständig getrennt, so dass nahezu keine oder keine Wärmeübertragung und damit nahezu keine oder keine Kühlung des durch den Bypasskanal strömenden ersten Fluids erfolgt.An embodiment of the invention relates to an exhaust gas heat exchanger with a housing having disposed therein first tubes, wherein the first tubes are flowed through by a first fluid and a second fluid flow around, the first tubes are open end formed for inflow of the first fluid into the first Tubes and the outflow of the first fluid from the first tubes, wherein the housing has an inlet port for flowing in the second fluid and an outlet port for the outflow of the second fluid, wherein in the housing, a bypass passage is arranged, wherein the bypass passage of the fluid flow of the second fluid is arranged separated by a separating element substantially. Due to the arrangement of the separating element in the housing, the bypass channel is at least substantially separated or obstructed or completely separated from the flow of the second fluid so that there is virtually no or no heat transfer and thus virtually no or no cooling of the first fluid flowing through the bypass channel.
Das erste Fluid ist dabei insbesondere Abgas oder ein Abgas-Luft-Gemisch, wie ein Abgas-Ladeluft-Gemisch. Das zweite Fluid ist insbesondere ein flüssiges Kühlmittel, wie Wasser oder eine Wasser-Glykol-Mischung etc. The first fluid is in particular exhaust gas or an exhaust gas-air mixture, such as an exhaust-charge air mixture. The second fluid is in particular a liquid coolant, such as water or a water-glycol mixture, etc.
Gemäß der Erfindung ist es vorteilhaft, wenn die ersten Rohre mit zwei endseitigen Enden ausgebildet sind und die ersten Rohre jeweils endseitig in Öffnungen eines jeweiligen Rohrbodens abgedichtet aufgenommen sind und der jeweilige Rohrboden mit dem Gehäuse verbunden ist. Dadurch werden die Rohre sicher und fluiddicht aufgenommen und beabstandet zueinander angeordnet. Das zweite Fluid kann um die beabstandet zueinander angeordneten Rohre strömen und die dichte Verbindung mit den Rohrböden an den beiden Enden der Rohre sorgt für eine Medientrennung.According to the invention, it is advantageous if the first tubes are formed with two end-side ends and the first tubes are each sealed at the ends in openings of a respective tube plate and the respective tubesheet is connected to the housing. As a result, the tubes are securely and fluid-tightly received and spaced from each other. The second fluid may flow around the spaced-apart tubes and the sealed connection with the tubesheets at both ends of the tubes provides for media separation.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn das Trennelement zwischen den ersten Rohren und dem Bypasskanal angeordnet ist. Dadurch kann das Volumen, welches das Bypassrohr einnimmt, von der Fluidströmung des zweiten Fluids zumindest im Wesentlichen getrennt oder behindert werden.Furthermore, it is advantageous if the separating element is arranged between the first tubes and the bypass channel. As a result, the volume occupied by the bypass tube can be at least substantially separated or obstructed by the fluid flow of the second fluid.
Auch ist es bei einem weiteren Ausführungsbeispiel vorteilhaft, wenn das Trennelement in dem Gehäuse der Bypasskanal abdichtend aufgenommen ist. So kann das Trennelement sowohl an dem Gehäuse als auch beispielsweise an den Rohrböden abdichtend angeordnet werden, so dass keine Fluidströmung des zweiten Fluids um das Bypassrohr strömen kann, welches auch um die ersten Rohre strömt.It is also advantageous in a further embodiment, when the separating element is sealingly received in the housing of the bypass channel. Thus, the separating element can be arranged sealingly both on the housing and, for example, on the tube plates, so that no fluid flow of the second fluid can flow around the bypass tube, which also flows around the first tubes.
Auch ist es vorteilhaft, wenn das Trennelement in dem Gehäuse der Bypasskanal abdichtend aufgenommen ist, wobei das Trennelement an den Rohrböden und/oder an dem Gehäuse abdichtend anliegt. So wird bei Anwesenheit der Rohrböden eine Abdichtung des Trennelements im Gehäuse erreicht und das zweite Fluid kann das Bypassrohr nicht an- bzw. umströmen. Eine dichte Anordnung kann beispielsweise auch durch ein Eingießen oder Verlöten oder Verschweißen erreicht werden. Alternativ kann eine dichte Anordnung insbesondere bei Kunststoffgehäusen auch durch Kleben erreicht werden.It is also advantageous if the separating element is sealingly received in the housing of the bypass channel, wherein the separating element bears sealingly against the tube sheets and / or on the housing. Thus, in the presence of the tubesheets, sealing of the separating element in the housing is achieved and the second fluid can not flow or flow around the bypass tube. A sealed arrangement can also be achieved, for example, by pouring or soldering or welding. Alternatively, a tight arrangement can be achieved in particular in plastic housings by gluing.
Auch ist es vorteilhaft, wenn das Trennelement in dem Gehäuse nicht abdichtend aufgenommen ist, wobei das Trennelement zu zumindest einem der Rohrböden und/oder zu dem Gehäuse nicht abdichtend angeordnet ist. Dadurch ist noch eine gewisse Strömung des zweiten Fluids an dem Trennelement vorbei möglich, was jedoch die Strömung an dem Bypasskanal vorbei bzw. um den Bypasskanal behindert und somit der Wärmeübertrag reduziert ist. Dadurch ist es jedoch möglich, das Trennelement eher unkompliziert anzuordnen und zu befestigen, was die Herstellung erleichtert.It is also advantageous if the separating element is not received sealingly in the housing, wherein the separating element is not arranged sealingly to at least one of the tube sheets and / or to the housing. As a result, a certain flow of the second fluid past the separating element is still possible, but this hinders the flow past the bypass channel or around the bypass channel and thus reduces the heat transfer. However, this makes it possible to arrange and fasten the separator rather uncomplicated, which facilitates the production.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Bypasskanal durch zumindest ein zweites Rohr ausgebildet ist, welches in dem Gehäuse angeordnet ist. Dadurch wird der Fluidstrom durch den Bypasskanal auf das zumindest eine zweite Rohr oder eine Mehrzahl von zweiten Rohren verteilt, das oder die einfach mit den ersten Rohren zusammen verbaut werden kann bzw. können.It is particularly advantageous if the bypass channel is formed by at least one second tube, which is arranged in the housing. Thereby, the fluid flow through the bypass passage is distributed to the at least one second tube or a plurality of second tubes, which can be easily installed together with the first tubes.
Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn das zumindest eine zweite Rohr mit zwei endseitigen Enden ausgebildet ist, wobei das zumindest eine zweite Rohr endseitig in jeweils einer Öffnung eines Rohrbodens abgedichtet aufgenommen ist. So kann bei Anordnung zweier Rohrböden die Anordnung entsprechend der Anordnung der ersten Rohre vorgenommen werden, was die Montage vereinfacht.It is particularly advantageous if the at least one second tube is formed with two end-side ends, wherein the at least one second tube is received sealed end in each case in an opening of a tube plate. Thus, in the arrangement of two tubesheets, the arrangement can be made according to the arrangement of the first tubes, which simplifies assembly.
Auch ist es vorteilhaft, wenn eine Mehrzahl von zweiten Rohren zur Bildung des Bypasskanals vorgesehen ist. Dadurch kann beispielsweise der gleiche Rohrtyp für die ersten Rohre und für die zweiten Rohre verwendet werden, wobei zur Erreichung des beabsichtigten Querschnitts des Bypasskanals mehrere solcher Rohre als zweite Rohre verwendet werden. Alternativ dazu oder zusätzlich kann ein Rohr oder können auch mehrere Rohre mit einem gegenüber den ersten Rohren vergrößertem Querschnitt verwendet werden.It is also advantageous if a plurality of second tubes is provided to form the bypass channel. Thereby, for example, the same type of tube for the first tubes and for the second tubes can be used, wherein a plurality of such tubes are used as second tubes to achieve the intended cross-section of the bypass channel. Alternatively or additionally, a tube or even a plurality of tubes can be used with an enlarged cross section relative to the first tubes.
Auch ist es vorteilhaft, wenn der Bypasskanal durch einen Hohlraum ausgebildet ist, welcher in dem Gehäuse ausgebildet ist. Dadurch wird der Bypasskanal unmittelbar in das Gehäuse integriert und von dem Trennelement abgedichtet abgeschlossen, damit das zweite Fluid nicht in den Bypasskanal eindringen kann. Dies ist vorteilhaft, weil kein gesondertes Element benötigt wird, um den Bypasskanal auszubilden. Die zweiten Rohre können eingespart werden. Dies reduziert die Kosten und den Montageaufwand.It is also advantageous if the bypass channel is formed by a cavity, which is formed in the housing. As a result, the bypass channel is integrated directly into the housing and sealed off by the separating element so that the second fluid can not penetrate into the bypass channel. This is advantageous because no separate element is needed to form the bypass channel. The second tubes can be saved. This reduces the costs and installation costs.
Dabei ist es vorteilhaft, wenn der Hohlraum von dem Gehäuse, gegebenenfalls von den beiden Rohrböden und von dem Trennelement begrenzt wird. So kann eine einfache Konstruktion zur Erreichung des Bypasskanals ausgebildet werden.It is advantageous if the cavity is bounded by the housing, optionally by the two tube sheets and by the separating element. Thus, a simple construction to achieve the bypass channel can be formed.
So ist es auch vorteilhaft, wenn bei Vorsehung der Rohrboden die beiden Rohrböden jeweils zumindest eine Öffnung aufweisen, welche mit dem Hohlraum kommunizieren. So kann das erste Fluid durch die jeweilige Öffnung im Rohrboden in den als Bypasskanal ausgebildeten Hohlraum einströmen bzw. aus diesem ausströmen.Thus, it is also advantageous if, in Providence the tube bottom, the two tube plates each have at least one opening which communicate with the cavity. Thus, the first fluid can flow through the respective opening in the tube plate into the cavity formed as a bypass channel or flow out of this.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Gehäuse aus Kunststoff oder Metall, wie insbesondere aus Metallguss oder Blech, ausgebildet ist. Bei der Herstellung des Gehäuses aus Metallguss oder aus Kunststoff kann das Trennelement vorteilhaft mit eingegossen werden, was eine spätere Befestigung und Abdichtung vermeidet. Auch kann das Trennelement in das Gehäuse eingesetzt und verlötet, verschweißt oder verklebt werden. Zur Montage und Halterung des Trennelements können zusätzliche Haltemittel und/oder Einführelemente vorgesehen sein, wie beispielsweise eine Einfuhr- und Haltenut etc.It is particularly advantageous if the housing is made of plastic or metal, in particular of cast metal or sheet metal. In the production of the housing of cast metal or made of plastic, the separating element can be advantageous with cast, which avoids a subsequent attachment and sealing. Also, the separator can be inserted into the housing and soldered, welded or glued. For mounting and holding the separating element additional holding means and / or insertion elements may be provided, such as an import and holding etc.
Auch ist es vorteilhaft, wenn an zumindest einem Endbereich des Gehäuses ein Anschlussflansch oder Diffusor vorgesehen ist zum Einleiten des ersten Fluids in die endseitig offen ausgebildeten ersten Rohre und/oder zum Ausleiten des ersten Fluids aus den endseitig offen ausgebildeten ersten Rohren.It is also advantageous if a connection flange or diffuser is provided on at least one end region of the housing for introducing the first fluid into the first tubes open at the ends and / or for discharging the first fluid out of the first tubes open at the end.
Besonders vorteilhaft ist es auch, wenn an dem Anschlussflansch oder an dem Diffusor ein Abgasventil zur Steuerung des durch den Abgaswärmeübertrager strömenden Volumenstroms des ersten Fluids und/oder ein Bypassventil zur Steuerung des durch den Bypasskanal strömenden Volumenstroms des ersten Fluids vorgesehen ist.It is also particularly advantageous if an exhaust valve for controlling the volumetric flow of the first fluid flowing through the exhaust gas heat exchanger and / or a bypass valve for controlling the volumetric flow of the first fluid flowing through the bypass duct is provided on the connection flange or on the diffuser.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind durch die nachfolgende Figurenbeschreibung beschrieben.Further advantageous embodiments of the invention are described by the following description of the figures.
Kurze Beschreibung der FigurenBrief description of the figures
Nachstehend wird die Erfindung auf der Grundlage zumindest eines Ausführungsbeispiels anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:The invention will be explained in more detail on the basis of at least one embodiment with reference to the figures. Show it:
Bevorzugte Ausführung der ErfindungPreferred embodiment of the invention
Die
Der Wärmeübertragerkern
Der Abgaswärmeübertrager
Das erste Fluid
Die Rohrböden
Das Gehäuse
In dem Gehäuse
Über ein nicht dargestelltes Bypassventil, das beispielsweise als Bypassklappe ausgebildet sein kann, kann der Zustrom zu den ersten Rohren
Dazu ist der Bypasskanal
Der Bypasskanal
Die
In dem Ausführungsbeispiel der
Die
In dem Ausführungsbeispiel der
In den Ausführungsbeispielen der
Die
In dem Ausführungsbeispiel der
Das Trennelement, das als Trennwand oder als Trennsteg ausgebildet ist, ist in das Gehäuse
Bei einem Gehäuse
Die
Weiterhin ist an den Wärmeübertragerkern
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 10142539 A1 [0002] DE 10142539 A1 [0002]
- DE 102008014170 A1 [0003, 0003] DE 102008014170 A1 [0003, 0003]
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