DE102018124574A1 - Finned heat exchanger - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Rippenwärmeübertrager (1) zur Kühlung von Heißgas, insbesondere Abgaswärmeübertrager für Verbrennungskraftmaschinen, aufweisend einen Gaseingang (4) und einen Gasausgang (5) für einen Gasstrom (2) in von zueinander beabstandeten Rippen gebildeten Kanälen (18), dadurch gekennzeichnet, dass die Kanäle (18) mittels Wellenrippen (14) wellenförmig ausgebildet sind und eine Wellenamplitude (16) und eine Wellenlänge (15) aufweisen, wobei die Wellenamplitude (16) der wellenförmigen Kanäle (18) vom Gaseingang (4) zum Gasausgang (5) ansteigt und/oder die Wellenlänge (15) der wellenförmigen Kanäle (18) vom Gaseingang (4) zum Gasausgang (5) kleiner wird.The invention relates to a fin heat exchanger (1) for cooling hot gas, in particular exhaust gas heat exchanger for internal combustion engines, comprising a gas inlet (4) and a gas outlet (5) for a gas flow (2) in channels (18) formed by spaced apart fins, characterized in that that the channels (18) are wave-shaped by means of wave ribs (14) and have a wave amplitude (16) and a wavelength (15), the wave amplitude (16) of the wave-shaped channels (18) from the gas inlet (4) to the gas outlet (5) increases and / or the wavelength (15) of the wavy channels (18) from the gas inlet (4) to the gas outlet (5) becomes smaller.
Description
Die Erfindung betrifft einen Rippenwärmeübertrager zur Kühlung von Heißgas. Derartige Wärmeübertrager werden auch als Gas-Kühlmittel-Kühler mit Rippe bezeichnet, wobei das Gas von einem flüssigen Kühlmittel, wie beispielsweise ein Wasser-Glykol-Gemisch eines Kraftfahrzeugkühlkreislaufes, gekühlt wird. Ein bevorzugtes Einsatzgebiet derartiger Wärmeübertrager liegt auf dem Gebiet der Abgaskühlung bei Verbrennungskraftmaschinen, insbesondere bei Kraftfahrzeugen.The invention relates to a finned heat exchanger for cooling hot gas. Such heat exchangers are also referred to as gas-coolant coolers with a rib, the gas being cooled by a liquid coolant, such as a water-glycol mixture of a motor vehicle cooling circuit. A preferred area of use for such heat exchangers is in the field of exhaust gas cooling in internal combustion engines, in particular in motor vehicles.
Prinzipiell besteht ein gattungsgemäßer Wärmeübertrager mit der Funktion eines Heißgaskühlers aus Gasströmungspfaden und Flüssigkeitsströmungspfaden, welche durch eine diatherme Wand voneinander getrennt sind. In den Gasströmungspfaden strömt das gasförmige heiße Medium und gibt Wärme an das flüssige kühlere Medium, das Kühlmittel, ab.
Die Gaspfade werden mit Rohren oder Kanälen realisiert, wobei die Kanäle aus Rippen, Blechplatten oder anderen Elementen ausgebildet werden können.In principle, a generic heat exchanger with the function of a hot gas cooler consists of gas flow paths and liquid flow paths, which are separated from one another by a diathermic wall. The gaseous hot medium flows in the gas flow paths and releases heat to the cooler liquid medium, the coolant.
The gas paths are realized with pipes or channels, whereby the channels can be formed from fins, sheet metal plates or other elements.
Der Wärmedurchgang durch eine Wand von gasförmigen oder flüssigen Medien kann wie folgt vereinfacht dargestellt werden:
- A =
- Oberfläche
- S =
- Dicke
- λ =
- Wärmeleitkoeffizient
- α =
- Wärmeübergangskoeffizient
Ein effizienter Wärmeübertrager, auch hinsichtlich des Materialeinsatzes und der Kosten, würde sowohl auf der Gas- als auch auf der Flüssigkeitsseite den gleichen Wärmeübergang realisieren. Um dies näherungsweise zu erreichen wird beispielsweise auf der gasführenden Seite die wärmeübertragende Oberfläche durch Rippen vergrößert, so dass die Oberfläche auf der Gasseite durch die Rippen sehr viel größer als die wärmeübertragende Oberfläche auf der Flüssigkeitsseite des Wärmeübertragers ist.
Ein weiterer Effekt, mit dem die Wärmeübertragung auf der Gasseite verbessert werden kann, ist die Art der Strömung. Eine turbulente Strömung ist für die Wärmeübertragung besser geeignet als eine laminare Strömung. Je größer die Turbulenz im Gas ist, desto größer ist der Wärmeübergangskoeffizient des Gases. Die Turbulenz wiederum ist im Wesentlichen von der Strömungsgeschwindigkeit des Gasstromes und der lokalen, randnahen Strömung des Gasstromes abhängig. Die Strömung und damit die Turbulenz wird zum Beispiel durch die Kanalform der den Kanal bildenden Rippen beeinflusst. Mit dem Anstieg der Strömungsgeschwindigkeit erhöht sich jedoch auch der gasseitige Druckverlust beim Durchströmen des Wärmeübertragers.The heat transfer through a wall of gaseous or liquid media can be simplified as follows:
- A =
- surface
- S =
- thickness
- λ =
- Thermal conductivity coefficient
- α =
- Heat transfer coefficient
An efficient heat exchanger, also with regard to the use of materials and costs, would realize the same heat transfer on both the gas and the liquid side. In order to achieve this approximately, the heat-transferring surface is increased by ribs on the gas-carrying side, for example, so that the surface on the gas side by the ribs is very much larger than the heat-transferring surface on the liquid side of the heat exchanger.
Another effect that can be used to improve heat transfer on the gas side is the type of flow. A turbulent flow is more suitable for heat transfer than a laminar flow. The greater the turbulence in the gas, the greater the heat transfer coefficient of the gas. The turbulence in turn is essentially dependent on the flow rate of the gas flow and the local flow of the gas flow near the edge. The flow and thus the turbulence is influenced, for example, by the channel shape of the ribs forming the channel. However, with the increase in the flow velocity, the gas-side pressure loss when flowing through the heat exchanger also increases.
Rippenwärmeübertrager werden im Stand der Technik als Abgaswärmeübertrager, auch AGR-Kühler genannt, zur Kühlung beziehungsweise Rückkühlung von Abgasen eingesetzt. Die Abgase weisen dabei bis zu 950 °C auf und werden im Abgaswärmeübertrager bis auf Kühlwassertemperatur von beispielsweise 95 °C oder entsprechend kälter durch das Kühlwasser heruntergekühlt.Finned heat exchangers are used in the prior art as exhaust gas heat exchangers, also called EGR coolers, for cooling or recooling exhaust gases. The exhaust gases are up to 950 ° C and are cooled down in the exhaust gas heat exchanger to a cooling water temperature of, for example, 95 ° C or correspondingly colder by the cooling water.
Aus der
Nach der
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, den Wärmeübergang aus dem Gas über die Länge des Kühlers zu verbessern bei gleichzeitiger Optimierung des Strömungswiderstandes. The object of the invention is to improve the heat transfer from the gas over the length of the cooler while at the same time optimizing the flow resistance.
Die Aufgabe wird durch einen Gegenstand mit den Merkmalen der selbstständigen Patentansprüche gelöst. Weiterbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.The object is achieved by an object with the features of the independent claims. Further developments are specified in the dependent claims.
Die Aufgabe der Erfindung wird insbesondere durch einen Rippenwärmeübertrager zur Kühlung von Heißgas gelöst, der insbesondere als Abgaswärmeübertrager für Verbrennungskraftmaschinen einsetzbar ist. Der Rippenwärmeübertrager weist einen Gaseingang und einen Gasausgang auf. Das Gas strömt in von zueinander beabstandeten Wellenrippen gebildeten wellenförmigen Kanälen. Die Wellenform der Kanäle weisen naturgemäß eine Wellenamplitude und eine Wellenlänge auf. Der Wellenrippenwärmeübertrager ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenamplitude der wellenförmigen Kanäle vom Gaseingang zum Gasausgang ansteigt. Ansteigen im Sinne der Terminologie der Erfindung bedeutet, dass die Amplitude der Wellen größer wird. Alternativ oder kumulativ wird die Aufgabe der Erfindung auch dadurch gelöst, dass die Wellenlänge der Wellen vom Gaseingang zum Gasausgang kleiner beziehungsweise kürzer wird.The object of the invention is achieved in particular by a finned heat exchanger for cooling hot gas, which can be used in particular as an exhaust gas heat exchanger for internal combustion engines. The finned heat exchanger has a gas inlet and a gas outlet. The gas flows in undulating channels formed by spaced-apart corrugated ribs. The waveform of the channels naturally have a wave amplitude and a wavelength. The wave fin heat exchanger is characterized in particular in that the wave amplitude of the wave-shaped channels increases from the gas inlet to the gas outlet. Rising in the sense of the terminology of the invention means that the amplitude of the waves increases. Alternatively or cumulatively, the object of the invention is also achieved in that the wavelength of the waves from the gas inlet to the gas outlet becomes smaller or shorter.
Die Aufgabe der Erfindung wird weiterhin insbesondere durch einen Wellenrippenwärmeübertrager gelöst, dessen Wellenamplitude der wellenförmigen Kanäle vom Gaseingang zum Gasausgang hin stetig ansteigt. Unter einem stetigen Anstieg der Wellenamplitude ist nach der vorliegenden Erfindung zu verstehen, dass eine nachfolgende Amplitude des wellenförmigen Kanals größer ist als die vorhergehende Amplitude. Dabei ist es zunächst unerheblich, in welchem Maß sie größer wird.The object of the invention is further achieved in particular by a corrugated fin heat exchanger whose wave amplitude of the corrugated channels increases steadily from the gas inlet to the gas outlet. According to the present invention, a steady increase in the wave amplitude means that a subsequent amplitude of the wave-shaped channel is greater than the previous amplitude. The extent to which it grows is initially irrelevant.
Bevorzugt wird die Wellenamplitude der wellenförmigen Kanäle vom Gaseingang zum Gasausgang beginnend bei 0,0 mm, also ohne Welle, bis zu einem Wert von 2,5 mm ausgebildet. Besonders bevorzugt beträgt der Bereich der Amplitude 0,8 mm bis 2,0 mm, wobei abweichende Randbedingungen von Gastemperatur und Volumenstrom entsprechend zu abweichenden Optima führen.The wave amplitude of the wave-shaped channels from the gas inlet to the gas outlet is preferably formed starting at 0.0 mm, ie without a shaft, up to a value of 2.5 mm. The range of the amplitude is particularly preferably 0.8 mm to 2.0 mm, with different boundary conditions of gas temperature and volume flow correspondingly leading to different optima.
Alternativ zum stetigen Ansteigen wird die Erfindung bevorzugt dadurch weitergebildet, dass die Wellenamplitude der wellenförmigen Kanäle vom Gaseingang zum Gasausgang unstetig ansteigt. Unter einem unstetigen Anstieg der Wellenamplitude soll verstanden werden, dass mehrere benachbarte Wellenamplituden die gleiche Größe aufweisen und eine Wellengruppe mit gleicher Amplitude bilden, wobei nachfolgend sich eine nächste Wellengruppe anschließt, welche dann eine größere Amplitude aufweist. Es bildet sich ein stufenförmiger Verlauf der Amplitude entlang des Strömungspfades des Gases.As an alternative to the steady increase, the invention is preferably further developed in that the wave amplitude of the wave-shaped channels increases continuously from the gas inlet to the gas outlet. An inconsistent increase in the wave amplitude should be understood to mean that several adjacent wave amplitudes have the same size and form a wave group with the same amplitude, followed by a next wave group, which then has a larger amplitude. A step-like course of the amplitude is formed along the gas flow path.
Analog zum stetigen und unstetigen Verlauf der Amplitude wird bevorzugt die Wellenlänge der wellenförmigen Kanäle vom Gaseingang zum Gasausgang ebenso stetig oder unstetig kleiner, worunter zu verstehen ist, dass von einer zur nächsten benachbarten Welle die Wellenlänge kontinuierlich kleiner wird mit Bezug auf den jeweiligen Vorgänger.Analogous to the constant and discontinuous course of the amplitude, the wavelength of the wave-shaped channels from the gas inlet to the gas outlet is preferably also continuously or discontinuously smaller, which is to be understood to mean that the wavelength continuously decreases from one neighboring wave with respect to the respective predecessor.
Eine alternative vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung zur stetigen Abnahme der Wellenlänge besteht darin, dass die Wellenlänge der wellenförmigen Kanäle vom Gaseingang zum Gasausgang unstetig kleiner wird, worunter analog zur Unstetigkeit der Änderung der Wellenamplitude zu verstehen sein soll, dass mehrere benachbarte Wellen die gleiche Länge aufweisen und eine Gruppe bilden und die nachfolgend benachbarte Gruppe dann eine einheitliche und im Vergleich zur vorhergehenden Gruppe eine kleinere Wellenlänge aufweist.An alternative advantageous embodiment of the invention for the constant decrease in the wavelength consists in that the wavelength of the wave-shaped channels from the gas inlet to the gas outlet becomes inconsistently smaller, which should be understood analogously to the discontinuity of the change in the wave amplitude that several adjacent waves have the same length and form a group and the next adjacent group then has a uniform and a smaller wavelength compared to the previous group.
Bevorzugt wird die Wellenlänge der wellenförmigen Kanäle vom Gaseingang zum Gasausgang von 20 mm bis auf 5 mm kleiner.The wavelength of the wavy channels from the gas inlet to the gas outlet is preferably smaller from 20 mm to 5 mm.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass die Kanalbreite der wellenförmigen Kanäle vom Gaseingang zum Gasausgang stetig kleiner wird.A further advantageous embodiment of the invention consists in that the channel width of the wave-shaped channels from the gas inlet to the gas outlet is steadily narrowing.
Vorteilhaft wird die Kanalbreite der wellenförmigen Kanäle vom Gaseingang zum Gasausgang in einem Bereich von 5,0 mm bis auf 1,5 mm stetig kleiner.The channel width of the corrugated channels from the gas inlet to the gas outlet advantageously becomes continuously smaller in a range from 5.0 mm to 1.5 mm.
Besonders bevorzugt wird der Rippenwärmeübertrager, der unter Verwendung von Wellenrippen als Wellenrippenwärmeübertrager bezeichnet wird, als I-durchströmter Wärmeübertrager mit Gaseingang und Gasausgang auf gegenüberliegenden Seiten des Wärmeübertragers ausgebildet. Der Strömungspfad des Gases erfährt hinsichtlich des Ein- und Ausganges keine Umlenkung und durchströmt den Wärmeübertrager entlang einer gedachten Längs- oder Querachse.The fin heat exchanger, which is referred to as a corrugated fin heat exchanger using corrugated fins, is particularly preferably designed as an I-flow-through heat exchanger with gas inlet and gas outlet on opposite sides of the heat exchanger. The flow path of the gas is not deflected with regard to the inlet and outlet and flows through the heat exchanger along an imaginary longitudinal or transverse axis.
Alternativ zur vorangehend beschriebenen Ausgestaltung wird der Wellenrippenwärmeübertrager als U-durchströmter Wärmeübertrager mit Gaseingang und Gasausgang auf einer Seite des Wärmeübertragers ausgebildet. Dabei erfährt der Gasstrom bei Anordnung von Ein- und Ausgang auf der gleichen Seite eine Umlenkung um 180° und Gaseingang und Gasausgang liegen bevorzugt benachbart nebeneinander. Somit ergibt sich vom Gaseingang zum Gasausgang eine Hinströmung, eine Umlenkung und eine Rückströmung.As an alternative to the embodiment described above, the corrugated fin heat exchanger is designed as a U-flow heat exchanger with gas inlet and gas outlet on one side of the heat exchanger. When the inlet and outlet are arranged on the same side, the gas flow is deflected by 180 ° and the gas inlet and gas outlet are preferably adjacent to one another. This results in a forward flow, a deflection and a return flow from the gas inlet to the gas outlet.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch ein Verfahren zur Herstellung eines Wellenrippenwärmeübertragers nach einem der vorangehend beschriebenen Ausgestaltungen gelöst, wobei ein Wellenrippenblech mit gleichen Kanalbreiten erzeugt wird und anschließend über die Breite des Wellenrippenblechs in einem gestreckten Bereich das Wellenrippenblech quer zur Kanalrichtung derart gestreckt und in einem gestauchten Bereich quer zur Kanalrichtung derart gestaucht wird, dass die Kanalbreite im gestreckten Bereich vergrößert und im gestauchten Bereich verkleinert wird. Dabei ist hervorzuheben, dass die Vergrößerung und die Verkleinerung der Kanalbreite stetig erfolgt. The object of the invention is achieved by a method for producing a corrugated fin heat exchanger according to one of the embodiments described above, wherein a corrugated corrugated sheet is produced with the same channel widths and then the corrugated corrugated sheet is stretched across the width of the corrugated sheet in a stretched area transversely to the channel direction and compressed in one The area is compressed transversely to the channel direction in such a way that the channel width is enlarged in the stretched area and reduced in the compressed area. It should be emphasized that the channel width is constantly increasing and decreasing.
Schließlich werden die Vorzüge der Erfindung dadurch umsetzbar, dass ein nach dem vorangehenden Verfahren beschriebenes und erzeugtes Wellenrippenblech in einem U-durchströmten Wellenrippenwärmeübertrager eingesetzt wird.Finally, the advantages of the invention can be implemented in that a corrugated fin plate described and produced according to the preceding method is used in a U-corrugated corrugated fin heat exchanger.
Die Konzeption der Erfindung basiert auf folgenden Erwägungen:
- 1. An der Gaseintrittsseite des Kühlers findet ein sehr großer Wärmeeintrag aus dem Gas statt, da die Temperaturdifferenz zwischen Gas und Kühlmittel (TGas,ein-TKühl) sehr groß ist und der Wärmeübergangskoeffizient αGas,ein sehr groß ist. Aufgrund der hohen Gastemperatur weist das Gas zudem eine geringe Dichte auf, die zu einem großen Volumen führt und somit zu einer hohen Strömungsgeschwindigkeit. Dieser große Wärmeeintrag in Verbindung mit hohen Temperaturen führt zu dem Problem, die Wärme an das Kühlwasser abzuführen und innerhalb des Kühlwassers zu verteilen. Es besteht die Gefahr des Überhitzens und Abkochens des Kühlwassers. Des Weiteren wird das Material des Wärmeübertragers enorm thermisch beansprucht. Aufgrund der hohen Strömungsgeschwindigkeit ist in diesem Bereich der gasseitige Druckverlust hoch.
- 2. An der Gasauslassseite des Kühlers ist das Gas mittlerweile abgekühlt und es findet nur ein kleiner Wärmeeintrag aus dem Gas an das Kühlmittel statt, da die Temperaturdifferenz (TGas,ein-TKühl) sehr klein ist und der Wärmeübergangskoeffizient αGas,ein sehr klein ist. Aufgrund der geringen Gastemperatur weist das Gas nun eine hohe Dichte auf, die zu einem kleinen Volumen führt und somit zu einer geringen Strömungsgeschwindigkeit. Dies führt zu dem Problem, dass in der Durchströmungsrichtung die Wärmeübertragung immer geringer wird und somit der „hintere“ Bereich des Kühlers vor dem Gasaustritt nur sehr ineffizient genutzt wird.
- 1. At the gas inlet side of the cooler, there is a very large heat input from the gas, since the temperature difference between gas and coolant (T gas, a -T cooling ) is very large and the heat transfer coefficient α gas, a very large. Due to the high gas temperature, the gas also has a low density, which leads to a large volume and thus to a high flow rate. This large heat input in connection with high temperatures leads to the problem of dissipating the heat to the cooling water and distributing it within the cooling water. There is a risk of the cooling water overheating and boiling. Furthermore, the material of the heat exchanger is subjected to enormous thermal stress. Due to the high flow velocity, the gas-side pressure loss is high in this area.
- 2. At the gas outlet side of the cooler, the gas has cooled down and there is only a small heat input from the gas to the coolant, since the temperature difference (T gas, a -T cooling ) is very small and the heat transfer coefficient α gas, a very is small. Due to the low gas temperature, the gas now has a high density, which leads to a small volume and thus to a low flow rate. This leads to the problem that the heat transfer becomes less and less in the direction of flow and the “rear” area of the cooler before the gas outlet is therefore used only very inefficiently.
Konzeptionsgemäß wird der gasseitige Wärmeeintrag mit zwei Maßnahmen reguliert:
- - Anpassung der gasseitigen Oberfläche, die durch die Anzahl der Rippen angepasst wird und
- - Erhöhung der Turbulenz durch Veränderung der Strömungsgeschwindigkeit des Gasstromes beziehungsweise Veränderung der lokalen wandnahen Strömungsgeschwindigkeit. Die lokale wandnahe Strömungsgeschwindigkeit / Turbulenz lässt sich mit den Rippenparametern der Wellenamplitude und der Wellenlänge variieren. Die Strömungsgeschwindigkeit des Gasstromes lässt sich auch über den Gaskanalquerschnitt, die Höhe, Breite, oder die Anzahl der Gaskanäle regulieren. Dies wird bevorzugt bei einem U-durchströmten oder S-durchströmten Kühler angewendet. In Bezug auf einen I-durchströmten Kühler ist das Prinzip analog anwendbar.
- - Adjustment of the gas-side surface, which is adjusted by the number of ribs and
- - Increase in turbulence by changing the flow rate of the gas flow or changing the local flow rate near the wall. The local flow velocity / turbulence near the wall can be varied with the rib parameters of the wave amplitude and the wavelength. The flow rate of the gas stream can also be regulated via the gas channel cross section, the height, width or the number of gas channels. This is preferably used in a U-flow or S-flow cooler. The principle can be applied analogously to an I-flow cooler.
Die Wellenamplitude und die Wellenlänge sowie deren Änderung über die Länge der Rippen können im Werkzeug für die Rippe vorgesehen und festgelegt werden. Eine Veränderlichkeit der Anzahl der Rippen, auch als Distance Fin-to-Fin bezeichnet, ist im Werkzeug festgelegt.The wave amplitude and the wavelength as well as their change over the length of the ribs can be provided and defined in the tool for the rib. A variability in the number of ribs, also called distance fin-to-fin, is specified in the tool.
Für den Anwendungsfall der veränderlichen Kanalbreite für U-durchströmte Wärmeübertrager mit einer Trennung der Gaspfade der Hin- und Rückströmung über eine Rippe erfolgt die Herstellung des Wellenrippenbleches in der Weise, dass das gesamte Wellenrippenblech mit einem mittleren Rippenabstand hergestellt wird und anschließend ein Bereich gestreckt und ein anderer Bereich gestaucht wird.
Betrachtet man für den Hinpfad einen Rippenabstand von beispielsweise ca. 2 mm und für den Rückpfad beispielsweise ca. 1,5 mm, so stellt man eine Rippe im Werkzeug her, welche einen Mittelwert von ca. 1,75mm aufweist. Durch Ziehen auf der einen Seite und drücken auf der anderen Seite, lässt sich somit ein Wellenrippenblech herstellen, welche beide Rippenabstände aufweist.For the application of the variable channel width for U-flow heat exchangers with a separation of the gas paths of the outward and return flow via a fin, the corrugated fin plate is manufactured in such a way that the entire corrugated fin plate is produced with an average fin spacing and then an area is stretched and in other area is compressed.
If you consider a rib spacing of, for example, approx. 2 mm for the outward path and approx. 1.5 mm for the return path, a rib is produced in the tool, which has an average value of approx. 1.75 mm. By pulling on one side and pressing on the other side, a corrugated rib plate can be produced that has both rib spacings.
Ein wichtiger Vorteil des erfindungsgemäßen Wärmeübertragers besteht darin, dass der Wärmeeintrag aus dem Gas über die Länge des Kühlers in Strömungsrichtung homogenisiert ist. Dabei wird durch die Maßnahmen im Einzelnen und ergänzend in Kombination der Wärmedurchgang im Gaseinlassbereich reduziert und im Gasauslassbereich erhöht.
Bezogen auf einen Kühler mit nicht variabler Rippengeometrie ist es möglich die Wärmeübertragung und den gasseitigen Druckverlust zu verbessern. Somit kann ein wesentlicher Vorteil realisiert und der Kühler bei gleichen Kennwerten kleiner gebaut werden. Kritische Bereiche in Bezug auf die thermische Belastung und die Kühlwasserüberhitzung können weitgehend entschärft werden.An important advantage of the heat exchanger according to the invention is that the heat input from the gas is homogenized in the flow direction over the length of the cooler. The measures in detail and additionally in combination reduce the heat transfer in the gas inlet area and increase it in the gas outlet area.
In relation to a cooler with a non-variable fin geometry, it is possible to improve the heat transfer and the gas-side pressure loss. A major advantage can thus be realized and the cooler can be built smaller with the same characteristic values. Critical areas with regard to thermal stress and cooling water overheating can be largely mitigated.
Direkte ökologische Vorteile liegen in einem kleiner zu dimensionierenden Bauteil, welches Rohstoffe, wie Stahl und Legierungselemente einspart. Indirekte ökologische Vorteile liegen in der verbesserten Kühlleistung und deren positiven Effekten auf das Betreiben eines Verbrennungsmotors, um Kraftstoff einzusparen und Emissionen verringern zu können.
Ein kleineres Bauteil benötigt weniger Material in der Herstellung und mindert somit die Rohstoffkosten. Direct ecological advantages lie in a smaller component that saves raw materials such as steel and alloying elements. Indirect ecological advantages lie in the improved cooling performance and its positive effects on the operation of an internal combustion engine in order to save fuel and reduce emissions.
A smaller component requires less material to manufacture and thus reduces raw material costs.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile von Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen. Es zeigen:
-
1 : Abgaswärmeübertrager -
2 : Rippengehäuse -
3 : Wellenrippenblech -
4 : Wellenrippenblech in der Draufsicht -
5 : Welle, Kanal -
6 : Wellenrippenblech im Querschnitt -
7 : I-durchströmter Wellenrippenwärmeübertrager, wellenlängenmoduliert -
8 : I-durchströmter Wellenrippenwärmeübertrager, amplitudenmoduliert -
9 : U-durchströmter Wärmeübertrager, amplitudenmoduliert -
10 : U-durchströmter Wärmeübertrager, wellenlängenmoduliert -
11 : U-durchströmter Wärmeübertrager mit Kanalbreitenvariation.
-
1 : Exhaust gas heat exchanger -
2nd : Rib casing -
3rd : Corrugated rib plate -
4th : Top view of corrugated rib plate -
5 : Wave, channel -
6 : Cross-section of corrugated rib plate -
7 : I-flowed corrugated fin heat exchanger, wavelength modulated -
8th : I-flow through corrugated fin heat exchanger, amplitude modulated -
9 : U-flow heat exchanger, amplitude modulated -
10th : U-flow heat exchanger, wavelength modulated -
11 : U-flow heat exchanger with channel width variation.
In
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In
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In
Die Lehre der Erfindung kann nun darin gesehen werden, dass die sich ändernden Eigenschaften des Heißgases über die Durchströmung des Rippenwärmeübertragers
In
In
Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung des Wellenrippenwärmeübertragers
In
Besonders bevorzugt ist die Kombination der Maßnahmen einer Vergrößerung der Wellenamplitude
BezugszeichenlisteReference list
- 11
- Rippenwärmeübertrager, AbgaswärmeübertragerFinned heat exchanger, exhaust gas heat exchanger
- 22nd
- GasstromGas flow
- 33rd
- KühlmittelCoolant
- 44th
- GaseingangGas inlet
- 55
- GasausgangGas outlet
- 66
- KühlmitteleingangCoolant inlet
- 77
- KühlmittelausgangCoolant outlet
- 88th
- WellenrippenpaketeRibbed packages
- 99
- Oberseite Rippen-GehäusehälfteTop of the rib half of the housing
- 1010th
- WellenrippenblechRibbed sheet
- 1111
- Unterseite Rippen-GehäusehälfteBottom of the rib half of the housing
- 1212th
- RippengehäuseRib casing
- 1313
- KanalbreiteChannel width
- 1414
- WellenrippeWave rib
- 15 15
- Wellenlängewavelength
- 1616
- WellenamplitudeWave amplitude
- 1717th
- UmlenkbereichDeflection area
- 1818th
- Kanälechannels
- 1919th
- Gestreckter BereichStretched area
- 2020th
- Gestauchter BereichCompressed area
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
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---|---|---|---|
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R083 | Amendment of/additions to inventor(s) | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
R020 | Patent grant now final |