DE19654363A1 - Exhaust gas heat exchanger - Google Patents

Exhaust gas heat exchanger

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    • F28F13/12—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by affecting the pattern of flow of the heat-exchange media by creating turbulence, e.g. by stirring, by increasing the force of circulation

Abstract

The heat exchanger has a bundle of gas flow pipes (11) which are provided with internal vortex generators (12,13). Each pipe is formed from a metal plate strip (17), to which the vortex generators are fitted. The plate strips may be formed into hexagonal pipes by welding and having a longitudinal seam. The plate strips are provided with swirl producers and arranged in two pairs at a common radial plane within the pipe. The plate strips may alternatively be formed in a spiral fashion into round pipes and welded or soldered along a spiral longitudinal seam (18). The edges of the plate strips may be provided with teeth, which on winding engage in one another.

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager, insbesondere Abgaswärmeübertrager, mit einem Bündel aus innen mit Wirbel­ erzeugern versehenen Strömungskanälen für Gas.The invention relates to a heat exchanger, in particular Exhaust gas heat exchanger, with a bundle from the inside with vortex generators provided flow channels for gas.

Bei einem bekannten Wärmeübertrager der eingangs genannten Art (DE-U 94 06 197.1) besteht das Bündel aus einem Paket von Blechschalen, die die Strömungskanäle bilden. In die Blech­ schalen sind Blecheinlagen eingelegt, die die Blechschalen in einzelne Strömungskanäle unterteilen und die mit nach innen aufgestellten Wirbelerzeugern in Form von rechtwinkligen, zur Strömungsrichtung sich v-förmig aufweitenden Laschen versehen sind.In a known heat exchanger of the type mentioned Art (DE-U 94 06 197.1) the bundle consists of a package of Sheet metal shells that form the flow channels. In the tin shells are inserted sheet metal inserts that the sheet shells in divide individual flow channels and the inside erected vortex generators in the form of rectangular, for Direction of flow provided V-shaped flaps are.

In einer nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung (195 40 683.4) ist offenbart, daß die Strömungskanäle aus ei­ nem Bündel von Rechteckrohren bestehen, deren Innenwandungen mit den ebenfalls laschenförmigen Wirbelerzeugern versehen sind.In a unpublished German patent application (195 40 683.4) discloses that the flow channels from egg consist of a bundle of rectangular tubes, their inner walls provided with the also flap-shaped vortex generators are.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Wärme­ übertrager der eingangs genannten Art in möglichst wirt­ schaftlicher Weise die Strömungskanäle herzustellen. The invention has for its object in a heat transmitter of the type mentioned in the host to produce the flow channels economically.  

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Strömungskanäle als Rohre ausgebildet sind, die aus jeweils einem Blechstrei­ fen geformt sind, an welchem die Wirbelerzeuger angebracht sind.This object is achieved in that the flow channels are designed as tubes, each consisting of a sheet metal strip fen are formed, on which the vortex generator is attached are.

In Ausgestaltung der Erfindung wird vorgesehen, daß die Blechstreifen mit mittels Abkantens zu Mehrkantrohren, insbe­ sondere zu Sechskantrohren, geformt sind, die jeweils mittels einer Längsnaht verschweißt sind. Derartige Mehrkantrohre und insbesondere Sechskantrohre bieten eine gleichmäßige Durch­ strömung und ermöglichen es außerdem, zu sehr kompakten Rohr­ bündeln zusammengefaßt zu werden.In an embodiment of the invention it is provided that the Sheet metal strips with by means of folding to polygonal tubes, esp special to hexagonal tubes, are formed, each using a longitudinal seam are welded. Such polygonal tubes and Hexagonal tubes in particular offer a uniform through flow and also allow for very compact pipe to be bundled together.

Bei einer anderen Ausgestaltung wird vorgehen, daß die Blech­ streifen jeweils wendelförmig zu Rundrohren gewickelt und je­ weils an einer wendelförmigen Längsnaht verschweißt oder ver­ lötet sind. Derartige Rundrohre sind strömungstechnisch güns­ tig, da sie eine gleichmäßige Durchströmung bei verhältnismä­ ßig geringem Druckverlust ermöglichen. Darüber hinaus lassen sich derartige Rundrohre sehr kompakt zu einem Rohrbündel zu­ sammenfassen.In another embodiment, the sheet metal strips each wound helically to round tubes and each because welded or ver on a helical longitudinal seam are soldered. Circular pipes of this type are fluidly favorable tig, since they have a uniform flow at relative Allow little pressure loss. Beyond that round tubes of this type become very compact to form a tube bundle summarize.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der in der Zeichnung darge­ stellten Ausführungsformen:Further features and advantages of the invention result from the following description of the Darge in the drawing presented embodiments:

Fig. 1 zeigt eine Teil-Draufsicht auf einen mit Wirbelerzeu­ gern versehenen Blechstreifen der zu einem Sechs­ kantrohr gekantet werden kann, Fig. 1 shows a partial plan view of a like provided with Wirbelerzeu sheet metal strip which can be folded to a six square tube,

Fig. 2 eine Stirnansicht eines aus dem Blechstreifen der Fig. 1 gebildeten Sechskantrohres, Fig. 2 is an end view of a hexagonal tube formed from the sheet metal strips of Fig. 1,

Fig. 3 eine Teildraufsicht auf einen mit Wirbelerzeugern versehenen Blechstreifen, Fig. 3 is a partial plan view of a sheet metal strip provided with vortex generators,

Fig. 4 eine Teilansicht eines aus dem Blechstreifen der Fig. 3 gewickelten Rundrohres und Fig. 4 is a partial view of a round tube wound from the sheet metal strip of Fig. 3 and

Fig. 5 eine Stirnansicht des Rundrohres der Fig. 4. Fig. 5 is an end view of the round tube of Fig. 4.

Die in Fig. 2 und 5 dargestellten Rohre 10, 11 sind jeweils für einen Wärmeübertrager, insbesondere einen Abgaswärmeüber­ trager, bestimmt. Aus einer Vielzahl von Rohren 10 oder 11 wird ein Rohrbündel gebildet, wobei die Rohrenden jeweils in Rohrböden angeordnet sind. Das Rohrbündel wird mit einem sich zwischen den Rohrböden erstreckenden Außenmantel umgeben, der im Bereich des einen Rohrbodens mit einem Eintritt für ein flüssiges Kühlmittel und im Bereich des anderen Rohrbodens mit einem Austritt für das flüssige Kühlmittel versehen ist. Die Rohre 10, 11, die innen mit paarweise angeordneten Wirbe­ lerzeugern 12, 13 versehen sind, dienen zur Führung des Ga­ ses, insbesondere des Abgases. Die Wirbelerzeuger 12, 13 be­ wirken einen besseren Wärmeübergang zwischen dem Gas und dem jeweiligen Rohr, wobei sie gleichzeitig das Ablagern von in dem Gas und insbesondere in dem Abgas eines Verbrennungsmo­ tors enthaltenen Partikeln weitgehend verhindern.The tubes 10 , 11 shown in FIGS. 2 and 5 are each intended for a heat exchanger, in particular an exhaust gas heat exchanger. A tube bundle is formed from a plurality of tubes 10 or 11 , the tube ends each being arranged in tube sheets. The tube bundle is surrounded by an outer jacket extending between the tube sheets, which is provided in the area of one tube sheet with an inlet for a liquid coolant and in the area of the other tube sheet with an outlet for the liquid coolant. The tubes 10 , 11 , which are provided on the inside with a pair of vortex oil generators 12 , 13 , serve to guide the gas, in particular the exhaust gas. The vortex generator 12 , 13 be a better heat transfer between the gas and the respective tube, while largely preventing the deposition of particles contained in the gas and in particular in the exhaust gas of a combustion engine.

Das in Fig. 2 dargestellte Sechskantrohr 10 ist aus einem Blechstreifen 14 hergestellt, der in Fig. 1 zu einem Aus­ schnitt dargestellt ist. Der Blechstreifen 14 ist fünffach um jeweils 60° abgewinkelt, so daß dadurch das Sechskantrohr 10 gebildet wird. Das Rohr wird dadurch dicht verschlossen, daß die aneinanderliegenden Ränder mittels einer Längsnaht 15 dichtend verschweißt sind. Der Blechstreifen 14 wird mit den Wirbelerzeugern 12, 13 versehen, bevor er zu dem Sechskant­ rohr 10 gekantet und geschweißt wird. Die Wirbelerzeuger 12, 13, die in Strömungsrichtung v-förmig auseinanderlaufende La­ schen sind, die in Strömungsrichtung auch an der Stelle ihrer stärksten Annäherung einen Abstand zueinander einhalten, sind in schräg zur Längsrichtung des Blechstreifens 14 verlaufen­ den Reihen angeordnet. Diese Reihen sind so gewählt, daß bei dem fertigen Sechskantrohr 10 jeweils zwei Paare von Wirbe­ lerzeugern 12, 13 in einer gemeinsamen Radialebene liegen und an sich diametral gegenüberliegenden Rohrwandungen befinden.The hexagonal tube 10 shown in Fig. 2 is made of a sheet metal strip 14 , which is shown in Fig. 1 from a cut. The sheet metal strip 14 is angled five times by 60 °, so that the hexagonal tube 10 is thereby formed. The tube is sealed tightly in that the adjoining edges are sealed by means of a longitudinal seam 15 . The sheet metal strip 14 is provided with the vortex generators 12 , 13 before it is bent and welded to the hexagonal tube 10 . The vortex generators 12 , 13 , which are V-shaped diverging layers in the flow direction, which keep a distance from one another in the flow direction even at the point of their closest approach, are arranged in rows at an angle to the longitudinal direction of the metal strip 14 . These rows are chosen so that in the finished hexagonal tube 10 two pairs of vortex oil generators 12 , 13 lie in a common radial plane and are located on diametrically opposite tube walls.

Der Blechstreifen ist ferner mit nach außen ausgeprägten nop­ penförmigen Vorsprüngen 16 versehen, die jeweils zwischen zwei hintereinander folgenden Paaren von Wirbelerzeugern 12, 13 angeordnet sind. Diese noppenförmigen Vorsprünge haben ei­ ne Höhe, die dem Abstand zu den benachbarten Rohren des Rohr­ bündels entspricht, das aus Sechskantrohren 10 hergestellt wird. Dadurch stützen sich die Sechskantrohre 10 des Rohrbün­ dels gegeneinander ab, so daß eine Aussteifung erhalten wird. Darüber hinaus wird durch diese Abstützung erreicht, daß ein aus derartigen Sechskantrohren 10 gebildeter Wärmeübertrager relativ schwingungsunempfindlich ist.The sheet metal strip is also provided with outwardly pronounced nop pen-shaped projections 16 , which are each arranged between two successive pairs of vortex generators 12 , 13 . These knob-shaped projections have a height that corresponds to the distance to the adjacent tubes of the tube bundle, which is made of hexagonal tubes 10 . This supports the hexagonal tubes 10 of the Rohrbün dels against each other, so that a stiffening is obtained. In addition, this support ensures that a heat exchanger formed from such hexagonal tubes 10 is relatively insensitive to vibration.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 bis 5 ist ein mit je­ weils paarweise angeordneten Wirbelerzeugern 12, 13 versehe­ ner Blechstreifen 17 wendelförmig zu einem Rundrohr 11 gewic­ kelt, wonach die aneinanderliegenden Ränder mittels einer wendelförmigen Schweißnaht 18 dicht miteinander verbunden sind. An dem Blechstreifen 17 sind die Wirbelerzeuger 12, 13 derart angeordnet, daß sie nach dem wendelförmigen Wickeln des Blechstreifens jeweils symmetrisch zur Längsachse des ge­ wickelten Rohres 11 ausgerichtet sind.In the embodiment according to FIGS. 3 to 5, a plate strip 17, provided with pairs of vortex generators 12 , 13, is arranged helically to form a round tube 11 , after which the adjacent edges are tightly connected to one another by means of a helical weld seam 18 . On the sheet metal strip 17 , the vortex generators 12 , 13 are arranged such that they are aligned symmetrically to the longitudinal axis of the coiled tube 11 after the helical winding of the sheet metal strip.

Bei einer abgewandelten Ausführungsform werden die Ränder des Blechstreifens 17 mit einer Mikroverzahnung versehen, wie sie aus der DE-A 44 14 037 bekannt ist. Bei dem Wickeln des Blechstreifens 17 zu dem Rohr 11 greifen die verzahnten Rän­ der ineinander ein, so daß das Rohr damit schon bereits eine mechanische Festigkeit erhält. Ein derartiges Rohr kann dann beispielsweise im Bereich dieser verzahnten Ränder verlötet werden, um eine Dichtheit zu erreichen.In a modified embodiment, the edges of the sheet metal strip 17 are provided with a micro toothing, as is known from DE-A 44 14 037. When winding the sheet metal strip 17 to the tube 11 , the toothed edges engage one another, so that the tube thus already receives mechanical strength. Such a tube can then be soldered, for example, in the area of these toothed edges in order to achieve a tightness.

Bei einer nicht dargestellten Ausführungsform ist der Blech­ streifen 17 in ähnlicher Weise wie der Blechstreifen 14 mit noppenartig nach außen geprägten Vorsprüngen 16 versehen, so daß die einander benachbarten Rundrohre eines Rohrbündels sich gegeneinander abstützen.In an embodiment, not shown, the sheet metal strip 17 is provided in a similar manner to the sheet metal strip 14 with protrusions 16 which are embossed in the manner of nubs, so that the adjacent round tubes of a tube bundle are supported against one another.

Die Wirbelerzeuger können in unterschiedlicher Weise an den Blechstreifen 14, 17 angebracht werden. Beispielsweise können sie durch Tiefziehen oder Prägen oder Buckelschweißen o. dgl. hergestellt werden. Ebenso ist es möglich, Wirbelerzeugern paare oder auch einzelne Wirbelerzeuger einzulöten oder ein­ zuschweißen. Ebenso können mit den Wirbelerzeugern versehene Trägerbleche in den Rohren 10, 11 angebracht werden.The vortex generators can be attached to the metal strips 14 , 17 in different ways. For example, they can be produced by deep drawing or embossing or projection welding or the like. It is also possible to solder vortex generators or individual vortex generators or to weld them together. Support plates provided with the vortex generators can also be attached in the tubes 10 , 11 .

Claims (6)

1. Wärmeübertrager, insbesondere Abgaswärmeübertrager, mit einem Bündel aus innen mit Wirbelerzeugern versehenen Strö­ mungskanälen für Gas, dadurch gekennzeichnet, daß die Strö­ mungskanäle als Rohre (10, 11) ausgeführt sind, die aus je­ weils einem Blechstreifen (14, 17) geformt sind, an welchem die Wirbelerzeuger (12, 13), angebracht sind.1. Heat exchanger, in particular exhaust gas heat exchanger, with a bundle of flow ducts provided with vortex generators for gas, characterized in that the flow ducts are designed as pipes ( 10 , 11 ) which are each formed from a sheet metal strip ( 14 , 17 ) on which the vortex generators ( 12 , 13 ) are attached. 2. Wärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Blechstreifen (14) mittels Abkanten zu Mehrkantroh­ ren, insbesondere zu Sechskantrohren (10), geformt sind, die jeweils mittels einer Längsnaht (15) verschweißt sind.2. Heat exchanger according to claim 1, characterized in that the sheet metal strips ( 14 ) by means of folding to Mehrkantroh ren, in particular hexagonal tubes ( 10 ), are formed, which are each welded by means of a longitudinal seam ( 15 ). 3. Wärmeübertrager nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Blechstreifen (14) derart mit Wirbelerzeugern (12, 13) versehen sind, daß in dem daraus geformten Rohr (10) je­ weils zwei Paare von Wirbelerzeugern (12, 13) in einer ge­ meinsamen Radialebene liegen.3. Heat exchanger according to claim 2, characterized in that the sheet metal strips ( 14 ) are provided with vortex generators ( 12 , 13 ) in such a way that in the tube ( 10 ) formed therefrom two pairs of vortex generators ( 12 , 13 ) in a ge common radial plane. 4. Wärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Blechstreifen (17) jeweils wendelförmig zu Rundrohren (11) gewickelt und jeweils an einer wendelförmigen Längsnaht (18) miteinander verschweißt oder verlötet sind.4. Heat exchanger according to claim 1, characterized in that the sheet metal strips ( 17 ) are each wound helically to form round tubes ( 11 ) and are welded or soldered to one another at a helical longitudinal seam ( 18 ). 5. Wärmeübertrager nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die paarweise vorgesehenen Wirbelerzeuger (12, 13) derart an dem Blechstreifen (17) angeordnet sind, daß die Wirbeler­ zeuger (12, 13) jedes Paares nach dem Wickeln spiegelsymme­ trisch schräg zur Achsrichtung des Rohres (11) liegen und schräg zur Achsrichtung v-förmig auseinanderlaufen.5. Heat exchanger according to claim 4, characterized in that the vortex generator ( 12 , 13 ) provided in pairs are arranged on the sheet metal strip ( 17 ) in such a way that the vortex generator ( 12 , 13 ) of each pair after winding mirrors symmetrically diagonally to the axial direction of the Pipe ( 11 ) lie and diverge in a V-shape at an angle to the axial direction. 6. Wärmeübertrager nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Ränder der Blechstreifen (17) mit Verzah­ nungen versehen sind, die beim Wickeln ineinander eingreifen.6. Heat exchanger according to claim 4 or 5, characterized in that the edges of the sheet metal strips ( 17 ) are provided with serrations which engage with each other during winding.
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