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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Wärmetauscher oben zum Austausch
von Wärme
zwischen einem Abgas, das von einem Wärmemotor abgegeben worden ist,
(insbesondere dem Abgas, das von einem Verbrennungsmotor abgegeben
worden ist) und einem Kühlmittel,
das zum Kühlen
des Wärmemotors
verwendet wird. Die vorliegende Erfindung findet wirksam bei einem
Gaskühler
zum Kühlen
des Abgases Anwendung, das für
eine EGR-Vorrichtung (Abgasumwälzvorrichtung)
verwendet wird.
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Stand der Technik
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Als
für eine
EGR-Vorrichtung verwendeter Gaskühler
ist ein Wärmetauscher
der Gattung mit mehreren Röhrchen
(beispielsweise ein in der ungeprüften japanischen Patentveröffentlichung
JP 2001-108 390 A offenbarter
Wärmetauscher
der Gattung mit mehreren Röhrchen)
bekannt. Dieser Wärmetauscher
der Gattung mit mehreren Röhrchen weist
auf: ein zu einem Mantel mit einem Einlass und einem Auslass für das Kühlmittel
ausgebildetes Gehäuse;
einen Röhrchensitz,
der in dem Gehäuse
untergebracht ist, zur Abstützung
einer großen
Anzahl von Abgasleitungen; und Hauben, die an beiden Seiten des
Gehäuses
angeordnet sind und in denen ein Einlass und ein Auslass für das Abgas
ausgebildet sind.
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In
diesem Zusammenhang ist es, da in jüngster Zeit strenge Vorschriften
gegen Abgasemissionen erlassen worden sind, um die Menge des in dem
Abgas enthaltenen NOx herabzusetzen, wünschenswert, die Kühlleistung
eines EGR-Gaskühlers zu
verbessern.
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In
dem Fall, bei dem der im obigen Stand der Technik beschriebene Wärmetauscher
der Gattung mit mehreren Röhrchen
als Gaskühler
verwendet wird, um die Kühlleistung
zu verbessern, ist es möglich,
eine Bauweise vorzusehen, bei der die Länge der Abgasleitungen verlängert ist,
um die Wärmeaustauschfläche des
Wärmetauschers
zu vergrößern.
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Wenn
jedoch die Länge
der Abgasleitung vergrößert ist,
sind hierdurch Probleme verursacht, bei denen die Eigenschaft der
Vibrationssicherheit in Hinblick auf die in einem Fahrzeug erzeugte
Vibration beeinträchtigt
ist.
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Zur
Lösung
der obigen Probleme ist, wenn die Anzahl der Abgasleitungen vergrößert ist,
um die Kühlleistung
zu verbessern, die Größe des Gaskühlers in
der Richtung rechtwinklig zu der Längsrichtung verlängert, das
heißt,
die Größe des Querschnitts des
Gaskühlers
ist vergrößert.
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Jedoch
ist gemäß Darstellung
in 6 der Raum im Motorraum, in dem der Gaskühler angebracht
ist, in der vertikalen Richtung nicht ausreichend groß. Im Detail
sind verschiedene Bauteile, beispielsweise ein Einlasskrümmer und
andere Bauteile, im oberen Bereich des EGR-Gaskühlers angeordnet. Daher ist
es unmöglich,
einen ausreichend großen
Raum für
den Gaskühler
in vertikaler Richtung vorzusehen. Entsprechend ist es schwierig,
einen Wärmetauscher
der Gattung mit mehreren Röhrchen,
bei dem die Anzahl der Abgasleitungen vergrößert ist, an einem Fahrzeug
anzubauen.
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Zur
Lösung
der obigen Probleme haben die Erfinder Untersuchungen durchgeführt und
den in 5 dargestellten Wärmetauscher der Gattung mit mehreren
Röhrchen
versuchsweise hergestellt, bei dem das Gehäuse zu einem flachen Rechteck
ausgebildet ist. Jedoch sind bei diesem Wärmetauscher der Gattung mit
mehreren Röhrchen
die nachfolgend angegebenen neuen Probleme aufgetreten.
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Bei
dem Wärmetauscher
der Gattung mit mehreren Röhrchen,
der im Wege von Versuchen hergestellt worden ist, ist der Querschnitt
des Gehäuses
rechteckig. Daher ist der Strom des im Gehäuse strömenden Kühlmittels deutlich beeinträchtigt.
Entsprechend besteht die Neigung zum Auftreten einer Stagnation
des Kühlmittels,
bei der das Kühlmittel kaum
strömt.
Wenn eine Stagnation des Stroms des Kühlmittels verursacht ist, siedet
das Kühlmittel,
und ist der Wärmeübertragungskoeffizient
deutlich herabgesetzt. Da die Temperatur des Abgaskanals erhöht ist,
besteht die Neigung, dass Risse infolge der Wärme in den Röhrchen,
die den Abgaskanal bilden, auftreten.
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In
den nicht vorveröffentlichten
Druckschriften
DE
101 02 483 A1 und
FR
2 830 929 A1 werden noch weitere Wärmetauscher mit mehreren Röhrchen vorgeschlagen.
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Aufgabenstellung
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Die
vorliegende Erfindung ist in Hinblick auf die obigen Punkte geschaffen
worden. Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen neuen Wärmetauscher
zu schaffen, der sich vom Abgaswärmetauscher
des Standes der Technik unterscheidet, wobei das Kühlvermögen des
Abgaswärmetauschers
ohne Beeinträchtigung
der Haltbarkeit und der Wirksamkeit des Wärmeaustauschs (des Wärmeübertragungskoeffizienten)
zu schaffen.
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Diese
Aufgabe wird durch den Wärmetauscher
mit den in Anspruch 1 genannten Merkmalen gelöst.
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Genauer
sieht die vorliegende Erfindung einen Wärmetauscher für die Durchführung eines
Wärmeaustauschs
zwischen einem durch eine Verbren nung erzeugten Abgas und einem
Kühlmittel
vor, umfassend: mindestens zwei Gehäuse (20), die einen Kühlmittelkanal
(16) bilden, in dem das Kühlmittel strömt und der
zu einer kreisförmigen
Rohrgestalt ausgebildet ist; und
Wärmeaustauschkerne, die jeweils
in den beiden Gehäusen
(20) angeordnet sind, mit einem Abgaskanal (11a),
in dem das Abgas strömt,
wobei
die beiden Gehäuse
(20) einstückig
miteinander zu einem einzigen Körper
ausgebildet sind, sodass die Längsrichtungen
der Gehäuse
im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen können.
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Bei
der vorliegenden Erfindung ist das Gehäuse (20) zu einer
kreisförmigen
Rohrgestalt ausgebildet. Daher ist es möglich, dass das im Gehäuse (20)
strömende
Kühlmittel
problemlos strömt.
Daher tritt eine Stagnation des Stroms des Kühlmittels selten auf. Entsprechend
ist es möglich
zu verhindern, dass das Kühlmittel
siedet, und ist es auch möglich zu
verhindern, dass der Wärmeübertragungskoeffizient
merklich beeinträchtigt
wird. Ferner ist es möglich,
das Auftreten von Rissen, die durch thermische Beanspruchung gebildet
werden, in den Bauteilen, die den Abgaskanal (11a) bilden,
zu verhindern.
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Da
mindestens zwei Gehäuse
(20) einstückig
zu einem einzigen Körper
so ausgebildet sind, dass die jeweiligen Längsrichtungen im Wesentlichen
parallel zueinander verlaufen können,
ist es möglich,
die Gesamt-Fläche
für den
Wärmeaustausch
zwischen dem Abgas und dem Kühlmittel ohne
Vergrößerung der
Größe in der
Längsrichtung des
Abgaswärmetauschers
zu vergrößern. Auf
diese Weise ist es möglich,
einen neuen Abgaswärmetauscher
zu schaffen, der sich von dem herkömmlichen unterscheidet.
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Wie
oben beschrieben ist es bei dem Abgaswärmetauscher der vorliegenden
Erfindung möglich, das
Kühlvermögen ohne
Herabsetzung der Haltbarkeit und des Wirkungsgrades des Wärmeaustauschs (des
Wärmeübertragungskoeffizienten)
zu verbessern.
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Bei
der vorliegenden Erfindung wird es bevorzugt, dass der Querschnitt
des Abgaskanals (11a) kreisförmig ist.
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Bei
der vorliegenden Erfindung wird es ebenfalls bevorzugt, dass Hauben
(21, 22) zur Verschließung der Längsrichtung des Gehäuses (20)
und zur Herstellung einer Verbindung des Abgaskanals (11a) mit
der Abgasleitung (30) an beiden in der Längsrichtung
befindlichen Endbereichen der beiden Gehäuse (20) vorgesehen
sind und die beiden Gehäuse
(20) mit Hilfe der Hauben (21, 22) zu
einem einzigen Körper
zusammengefasst sind.
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Ferner
wird es bei der vorliegenden Erfindung bevorzugt, dass die beiden
Gehäuse
(20) mit Hilfe eines entfernbaren Verbindungsmittels (23)
zu einem einzigen Körper
zusammengefasst sind.
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Ausführungsbeispiel
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Die
vorliegende Erfindung ist vollständiger aus
der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung
zusammen mit den beigefügten
Zeichnungen zu verstehen, in denen zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung eines Modells einer EGR-Gaskühlvorrichtung,
bei der ein Gaskühler
der Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
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2A bis 2D vier
Seitenansichten eines Gaskühlers
der Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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3 einen
Schnitt entlang der Linie III-III in 2A;
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4 eine
Ansicht des Erscheinungsbildes eines Gaskühlers der Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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5 einen
Schnitt durch einen Gaskühler, bei
dem Untersuchungen für
eine Versuchsherstellung durchgeführt worden sind; und
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6 eine
schematische Darstellung eines Zustandes, bei dem eine EGR-Gaskühlvorrichtung
in einem Motorraum angeordnet ist.
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Bei
dieser Ausführungsform
findet ein Abgaswärmetauscher
der vorliegenden Erfindung Anwendung bei einer Abgas-Kühlvorrichtung,
die für
einen Dieselmotor verwendet wird. 1 ist eine
schematische Darstellung eines Modells einer EGR-Gaskühlvorrichtung
(Abgas-Umwälzvorrichtung),
bei der eine Abgas-Kühlvorrichtung
einer Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung verwendet wird. Diese Abgas-Kühlvorrichtung
wird nachfolgend als Gaskühler 10 bezeichnet.
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Eine
Abgas-Umwälzleitung 30 ist
eine Leitung, die zur Umwälzung
eines Teils des Abgases, das von dem Motor 31 abgegeben
worden ist, zu der Einlassseite des Motors 31 hin verwendet
wird.
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Das
EGR-Ventil 32, das ein solches bekannter Art ist, ist in
der Mitte der Strömung
des Abgases der Abgas-Umwälzleitung 30 angeordnet
und stellt die Menge des Abgases entsprechend dem Betriebszustand
des Motors 31 ein. Der Gaskühler 10 ist zwischen
der Abgasseite des Motors 31 und dem EGR-Ventil 32 angeordnet
und führt
einen Wärmeaustausch
zwischen dem Abgas und dem Motorkühl mittel durch, um das Abgas
zu kühlen.
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Als
Nächstes
wird der Aufbau des Gaskühlers 10 nachfolgend
beschrieben.
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2A bis 2D sind
vier Seitenansichten des Gaskühlers 10,
und 3 ist ein Schnitt entlang der Linie III-III in 2A.
Gemäß Darstellung
in 2B bis 2D ist dieser
Gaskühler 10 derart aufgebaut,
dass zwei Gaskühler,
deren Gestalten identisch sind, in der horizontalen Richtung so
angeordnet sind, dass die Längsrichtungen
der beiden Gaskühler
im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen, und die so angeordneten
Gaskühler
sind zu einem einzigen Körper
zusammengefasst. Der Gaskühler,
der an der oberen Seite von 2D angeordnet
ist, wird als erster Gaskühler 10a bezeichnet,
und der Gaskühler,
der an der unteren Seite von 2D angeordnet
ist, wird als zweiter Gaskühler 10b bezeichnet.
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Der
Aufbau des ersten und des zweiten Gaskühlers 10a, 10b wird
beschrieben, indem der erste Gaskühler 10a als Beispiel
zur Erläuterung
herangezogen wird.
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Gemäß Darstellung
in 3 ist das Röhrchen 11 eine
kreisförmige
Leitung, das heißt,
das Röhrchen 11 ist
eine Leitung, deren Querschnitt kreisförmig ist und die einen Abgaskanal 11a bildet, in
dem das Abgas umgewälzt
wird. In dem Gehäuse 20 ist
ein Wärmeaustauschkern
untergebracht, der aus einer Vielzahl von Röhrchen 11 besteht,
die auf einem konzentrischen Kreis in gleichmäßigen Abständen angeordnet sind. Das Gehäuse 20 ist
zu einer kreisförmigen
Leitungsgestalt ausgebildet, in der ein Kühlmittelkanal 16 so
vorgesehen ist, dass das Kühlmittel
um den Wärmeaustauschkern
herum umgewälzt
werden kann.
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In
diesem Zusammenhang sind das Röhrchen 11 und
das Gehäuse 20 aus
einem Metall hergestellt, dessen Antikorrosionseigenschaft ausgezeichnet
ist. Bei dieser Ausführungsform
sind das Röhrchen 11 und
das Gehäuse 20 aus
rostfreiem Stahl hergestellt.
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Gemäß Darstellung
in 2D ist im Öffnungsbereich
an der in der Längsrichtung
einen Stirnseite des Gehäuses 20,
das heißt
an der rechten Seite des Gehäuses 20,
ein Behälterbereich,
der so angeordnet ist, dass er diesen Öffnungsbereich schließen kann,
zur Verteilung und zur Lieferung des Abgases an die Röhrchen 11 vorgesehen.
Eine erste Haube 21 zur Verbindung einer Abgas-Umwälzleitung 30 ist
am Öffnungsbereich
angelötet
oder angeschweißt.
Andererseits ist im Öffnungsbereich
an der in der Längsrichtung
anderen Stirnseite des Gehäuses 20,
das heißt
an der linken Seite des Gehäuses 20,
ein Behälterbereich
zum Sammeln und zur Rückgewinnung
des Abgases, das einen Wärmeaustausch
abgeschlossen hat, von den Röhrchen 11 aus vorgesehen.
Eine zweite Haube 22 zur Verbindung der Abgas-Umwälzleitung 30 ist
am Öffnungsbereich angelötet oder
angeschweißt.
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In
diesem Zusammenhang ist gemäß Darstellung
in 4 ein Verteiler 30a zur Verteilung des von
der Abgas-Umwälzleitung 30 aus
zum ersten und zum zweiten Gaskühler 10a, 10b zugeführten Abgases
mit der ersten Haube 21 verbunden, und ist der Sammelbehälter 30b zum
Sammeln des vom ersten und vom zweiten Gaskühler 10a, 10b aus
ausströmenden
Abgases mit der zweiten Haube 22 verbunden.
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In
diesem Zusammenhang ist im Verteiler 30a eine Verteilungsführung 30c zur
problemlosen Verteilung des Abgases vorgesehen. In einem Sammler 30b ist
eine Sammelführung 30d zum
problemlosen Sammeln des Abgases vorgesehen.
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Gemäß Darstellung
in 2A bis 2D, sind
in den beiden Hauben 21, 22 Einsetzlöcher vorgesehen,
in denen Schrauben 23, die ein Verbindungsmittel zur Zusammenfassung
des ersten und des zweiten Gaskühlers 10a, 10b sind,
eingesetzt sind. Ferner sind in den beiden Hauben 21, 22 Flanschbereiche 21a, 22a einstückig vorgesehen,
in denen die Verbindungsflächen
des ersten und des zweiten Gaskühlers 10a, 10b ausgebildet
sind.
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Eine
Kernplatte 24 hält
die Röhrchen 11 und teilt
den Kühlmittelkanal 16 und
den Behälterbereich auf.
Diese Kernplatte 24 und die erste und die zweite Haube 21, 22 sind
aus einem Metall hergestellt, dessen Antikorrosionseigenschaft ausgezeichnet
ist. Bei dieser Ausführungsform
sind die Kernplatte 24 und die erste und die zweite Haube 21, 22 aus
rostfreiem Stahl hergestellt.
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An
einer Seite des Gehäuses 20,
in die das Abgas einströmt,
ist ein Einlass 25 vorgesehen, von dem aus das Kühlmittel
in den Kühlmittelkanal 16 eingeführt wird.
An der anderen Seite des Gehäuses 20, von
der aus das Abgas ausströmt,
ist ein Auslass 26 vorgesehen, von dem aus das Kühlmittel,
das einen Wärmeaustausch
erfahren hat, abgegeben wird.
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In
diesem Zusammenhang ist ein Bypassanschluss 27 in einer
Position an der Seite des Gehäuses 20 angeordnet,
die dem Einlass 25 gegenüberliegt. Daher ist ein Teil
des Kühlmittels,
das in das Gehäuse 20 einströmt, dazu
veranlasst, um den Wärmeaustauschkern
herum zu strömen,
und wird dieser Teil zu der Seite des Gaskühlers 10, von dem
aus das Kühlmittel
ausströmt,
eingeführt.
Infolge des Bypassanschlusses 27 wird das Kühlmittel
an der dem Einlass 25 gegenüberliegenden Seite, das zur
Stagnation neigt, definitiv strömen
gelassen, sodass das Auf treten einer Stagnation verhindert werden
kann.
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Als
Nächstes
wird nachfolgend die Wirkung der Arbeit dieser Ausführungsform
beschrieben.
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Bei
dieser Ausführungsform
kann, da das Profil des Gehäuses 20 zu
einer kreisförmigen
Leitungsgestalt ausgebildet ist, das Kühlmittel im Gehäuse 20 problemlos
strömen,
und tritt eine Stagnation des Kühlmittels
selten auf. Entsprechend ist es möglich, das Sieden des Kühlmittels
zu verhindern. Daher ist es möglich
zu verhindern, dass der Wärmeübertragungskoeffizient
merklich herabgesetzt wird. Ferner ist es möglich, die Bildung von Rissen,
die durch thermische Beanspruchung verursacht werden, in den Röhrchen 11 zu
verhindern.
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In
diesem Zusammenhang neigt, wenn der Querschnitt des Gehäuses rechteckig
ist, die Beanspruchungskonzentration bei dem Vorgang des Pressformens
zu einem Auftreten an den vier Ecken des Querschnitts. Entsprechend
besteht eine große Möglichkeit,
dass die mechanische Festigkeit des Gehäuses herabgesetzt ist und die
Haltbarkeit (Zuverlässigkeit)
der Eigenschaft der Vibrationsfestigkeit stark beeinträchtigt ist.
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Andererseits
ist es, da das Profil des Gehäuses 20 zu
einer kreisförmigen
Rohrgestalt bei dieser Ausführungsform
ausgebildet ist, möglich,
das Auftreten einer Beanspruchungskonzentration bei dem Vorgang
der Ausbildung des Gehäuses 20 zu
verhindern.
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Da
mindestens zwei Gaskühler 10a, 10b miteinander
zu einem einzigen Körper
so zusammengefügt
sind, dass die Längsrichtungen
der beiden Gaskühler 10a, 10b parallel
zueinander verlaufen können,
ist die Größe des Gaskühlers in
der Längsrichtung
nicht vergrößert, und
kann die Gesamtfläche
für den
Wärmeaustausch
zwischen dem Abgas und dem Kühlmittel
vergrößert sein.
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Wie
oben beschrieben ist es bei dem Gaskühler 10 dieser Ausführungsform
möglich,
das Kühlvermögen ohne
Herabsetzung der Haltbarkeit und des Wirkungsgrades des Wärmeaustauschs
(des Wärmeübertragungskoeffizienten)
zu verbessern.
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Bei
der obigen Ausführungsform
findet der Abgaswärmetauscher
der vorliegenden Erfindung Anwendung bei dem Gaskühler 10,
jedoch kann der Abgaswärmetauscher
der vorliegenden Erfindung bei einem Wärmetauscher, der in einem Schalldämpfer angeordnet
ist, zur Rückgewinnung
von Wärmeenergie
aus dem Abgas Anwendung finden.
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Bei
der oben beschriebenen Ausführungsform
sind die beiden Gaskühler 10a, 10b mit
Hilfe der Schrauben 23 zu einem einzigen Körper zusammengefasst;
jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf die obige besondere
Ausführungsform
beschränkt. Beispielsweise
können
die beiden Gaskühler 10a, 10b durch
Verlötung
oder Verschweißung
zu einem einzigen Körper
zusammengefasst sein.
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Bei
der oben beschriebenen Ausführungsform
sind die beiden Gaskühler 10a, 10b zu
einem einzigen Körper
zusammengefasst; jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf
die obige besondere Ausführungsform
beschränkt.
Beispielsweise besteht die Möglichkeit,
dass nicht weniger als drei Gaskühler
zu einem einzigen Körper
so zusammengefasst sind, dass die Längsrichtungen der jeweiligen
Gaskühler
im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen können.
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Bei
der oben beschriebenen Ausführungsform
sind die beiden Gaskühler 10a, 10b mit
Hilfe der Hauben 21, 22 zusammengefasst; jedoch
ist die vorliegende Erfindung nicht auf die obige besondere Ausführungsform
beschränkt.
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Bei
der oben beschriebenen Ausführungsform
sind der Verteiler 30a und der Sammler 30b mit den
Hauben 21, 22 verbunden; jedoch ist die vorliegende
Erfindung nicht auf die obige besondere Ausführungsform beschränkt. Beispielsweise
können
die erste Haube 21 und der Verteiler 30a zu einem
einzigen Körper
zusammengefasst sein, und können
die zweite Haube 22 und der Sammler 30b zu einem
einzigen Körper
zusammengefasst sein.
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Zwar
ist die Erfindung unter Bezugnahme auf zum Zwecke der Erläuterung
ausgewählte
besondere Ausführungsformen
beschrieben worden; jedoch ist ersichtlich, dass zahlreiche Modifikationen
durch den Fachmann durchgeführt
werden können,
ohne das Grundkonzept und den Umfang der Erfindung zu verlassen.