DE19957379A1 - EGR-Kühler - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung schlägt einen EGR-Kühler vor, der geeignet ist, die Lebensdauer des Kühlers durch Verhindern des Auftretens von Knickungen und Biegungen der Wärmetauscherrohre, die einer Verlängerung von Wärmetauscherrohren zuzuschreiben sind, der Wärmetauscherrohre auch dann zu verlängern, wenn der Spiegel des Kühlwassers im Mantel absinkt, zu verlängern; und ein Rezirkulations-Abgas ausreichend durch Verhindern des Absinken des Wärmetauschergrades der Wärmetauscherrohre ausreichend zu kühlen. DOLLAR A Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Mantel und einen Rohr-EGR-Kühler, der Wärmetauscherrohre, die in einer festen Weise zwischen Rohrblechen angeordnet sind, die im Inneren des Mantels vorgesehen sind, und Endkappen, die an beiden Endbereichen des Mantels befestigt sind und mit einem Einlaß und einem Auslaß für Rezirkulations-Abgas versehen sind, und Befestigungsflansche, die an den Endkappen befestigt sind aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens die Wärmetauscherrohre, die an der oberen Seite und in der Nachbarschaft der inneren Oberfläche des Mantels vorgesehen sind, aus Wärmetauscherrohren mit einem geraden Rohr gebildet sind, so daß sie abwärts oder aufwärts entlang dem Umfang des Mantels sich erstrecken oder Wärmetauscherrohren, mit Rohren, die sich abwärts oder aufwärts in Umfangsrichtung erstrecken oder eine Kombination von Rohren, die sich abwärts in der genannten Richtung erstrecken, und Rohren, die sich aufwärts in der genannten ...

Description

Die Erfindung betrifft einen Rezirkulations-Abgas-Kühler (EGR-Kühler) mit einem im wesentlichen horizontal angeordneten Mantel, mit an Endbereichen des Mantels fest angebrachten Endkappen, mit in dem Mantel zwischen zwei Rohrblechen verlaufenden und mit ihren Endabschnitten an den Rohrblechen befestigten Wärmetauscherrohren, wobei die Rohbleche mit ihrem äußeren Umfang an Endbereichen des Mantels fest angebracht sind, und mit einem zwischen den Rohrblechen angeordneten Einlaß und einem Auslaß für ein Kühlmedium, und mit einem außerhalb des Bereichs zwischen den Rohrblechen angeordneten Einlaß und Auslaß für das Rezirkulationsabgas.

Ein solcher EGR-Kühler ist aus der Praxis bekannt und in den Fig. 7 und 8 zum Stand der Technik näher gezeigt. Derartige EGR-Kühler setzen ein flüssiges Kühlmedium für einen Motor als Kälteträger ein.

Eine Methode zum Herausnehmen eines Teils eines Abgases aus einem Abgassystem und erneuten Rückführung dieses Abgases zu einer Maschine und Hinzufügen desselben zu einem Mischgas wird allgemein als EGR (Abgas-Re­ zirkulation) bezeichnet. Das EGR dient zum Erzielen vieler Wirkungen, einschließlich der Wirkung der Verminderung der Erzeugung von NO_x (Stickoxyde), Reduzierung der Pumpverluste und Reduzierung eines Wärmeabgabeverlustes an ein flüssiges Kühlmedium, das einem Temperaturabfall eines Verbrennungsgases zuzuschreiben ist, Erhöhung eines spezifischen Wärmeverhältnisses im Zusammenhang mit einer Variation der Menge und der Zusammensetzung des Arbeitsgases, einer Verbesserung der Zyklusleistung im Zusammenhang mit einer Verbesserung des Grades der spezifischen Wärme. Dementsprechend ist das EGR eine effiziente Methode zum Verbessern des thermischen Wirkungsgrades der Maschine.

Wie auch immer, es wurde beklagt, daß, wenn sowohl die EGR-Temperatur und die EGR-Menge ansteigt, eine Verschlechterung der Lebensdauer eines EGR-Ventils, die in einigen Fällen ein früheres Brechen des Ventils infolge der thermischen Aktivität des EGR verursacht, das Erfordernis, eine wassergekühlte Struktur zum Verhindern des frühen Brechens des EGR-Ventils vorzusehen und ein Herabsetzen des Kraftstoffverbrauchs durch Herabsetzen des Zuführwirkungsgrades, die einer Erhöhung der Frischlufttemperatur zuzuschreiben ist, auftritt. Um derartige Unannehmlichkeiten zu verhindern, wird eine Vorrichtung zum Kühlen des EGR-Gases mit einem flüssigen Kühlmedium für eine Maschine benutzt. Ein Mantel und ein Rohrwärmetauscher wird generell in dieser Vorrichtung benutzt.

Ein Mantel und ein Rohrwärmetauscher, wie er in diesem Fall benutzt wird, ist so gebildet, daß er gemäß Fig. 7 und 8, die ein Beispiel für einen solchen Wärmetauscher nach dem Stand der Technik zeigen, einen Mantel 21 aufweist, der an beiden Endbereichen desselben mit einem Einlaß 22-1 und einem Auslaß 21-2 für ein Kühlmedium versehen ist; Wärmetauscherrohre 22, die im Inneren des Mantels 21 vorgesehen sind und aus geraden Rohren gebildet sind und deren beider Endbereiche durch Löten an einem Rohrblech 23 angebracht sind, die ein Blech aufweisen und mit ihrem äußeren Umfang durch Löten an dem Mantel 21 befestigt sind; eine Endkappe 24, die mit einem Einlaß 24-1 für Rezirkula­ tions-Abgas und an einem Endbereich des Mantels 21 befestigt ist; einer Endkappe 24, die mit einem Auslaß 24-2 für das Rezirkulations-Abgas versehen ist und an dem anderen Endbereich des Mantels befestigt ist; und einem Befestigungsflansch 25, der um den äußeren offenen Endbereich des Gaseinlasses 24-1 und des Gasauslasses 24-2 an den Endkappen 24 gepaßt und an diesen befestigt ist.

Kühlen des Rezirkulations-Abgases durch Verwenden von Kühlwasser, wie beispielsweise einem flüssigen Kühlmittel für eine Maschine als Kälteträger in diesem konventionellen Mantel und Rohrwärmetauscher soll diskutiert werden. Wenn der Mantel 21 mit Wasser gefüllt ist, treten keine Probleme auf. Wenn aber das flüssige Kühlmittel für eine Maschine abnimmt, so daß der Wasserspiegel im Mantel 21 absinkt, so daß einige der Wärmetauscherrohre 22, die in der Nachbarschaft einer inneren Umfangsoberfläche des Mantels 21 über den Wasserspiegel hervorstehen und Dampf ausgesetzt sind, steigt die Temperatur der äußeren Oberfläche dieser Wärmetauscherrohre auf einen Grad der Temperatur des Rezirkulations-Abgases, das diese durchströmt. Im Ergebnis treten große Wärmespannungen auf und die Wärmetauscherrohre werden in Bereichen von Lötverbindungsbereichen zerstört und expandieren an den Bereichen derselben, die zwischen den Rohrblechen 23 angeordnet sind, so daß sie verknicken und verbiegen, wodurch die Lebensdauer des EGR-Kühlers verkürzt wird. Wenn die Wärmetauscherrohre über ihre gesamte Länge über den Wasserspiegel hervorstehen, werden sie nicht mehr wesentlich gekühlt, so daß der Wärmetauschergrad abnimmt.

Die vorliegende Erfindung wurde mit Blick darauf gemacht, die vorstehend dargestellten Probleme mit dem konventionellen Mantel und den Rohrwärmetauschern zu lösen, und zielt auf die Zurverfügungstellung eines EGR-Kühlers, der geeignet ist, das Verknicken oder Verbiegen von Wärmetauscherrohren zu verhindern und die Lebensdauer des Kühlers zu erhöhen, wobei gerade Wärmetauscherrohre, diagonal oder in Längsrichtung gegebene Wärmetauscherrohre verwendet werden, so daß wenigstens ein Bereich jedes Wärmetauscherrohres innerhalb des flüssigen Kühlmittels angeordnet ist, ohne daß das Wärmetauscherrohr mit seiner gesamten Länge über den Wasserspiegel hervorsteht, auch wenn der Spiegel des flüssigen Kühlmittels in dem Mantel von einem vorbestimmten Grad absinkt; und der einsetzbar ist zum Kühlen eines Rezirkulations-Abgases in ausreichender Weise ohne den Wärmetauschergrad abzusenken.

Zur Lösung dieses Problems ist der erfindungsgemäße EGR-Kühler dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens die an einer oberen Seite im Inneren des Mantels in der Nachbarschaft der inneren Oberfläche des Mantels angeordneten Wärmetauscherrohre mit wenigstens einem Abschnitt aufwärts und/oder abwärts gerichtet im Mantel verlaufen, derart daß auch bei abgesenktem Spiegel des Kühlmediums im Mantel wenigstens ein Bereich der Wärmetauscherrohre in das Kühlmedium eingetaucht ist.

Die Wärmetauscherrohre verlaufen erfindungsgemäß nicht mehr, wie beim Stand der Technik, nur parallel zur Achse des Mantels und damit ausschließlich horizontal. Vielmehr ist wenigstens ein Abschnitt der Wärmetauscherrohre auf- oder abwärts gerichtet, so daß immer zumindest in gewisser Bereich jedes Wärmetauscherrohres in das Kühlmedium eintaucht, auch wenn der Spiegel des Kühlmediums im Mantel absinkt. Zumindest dieser Bereich wird hinreichend gekühlt. Aber auch der Bereich, der über den Spiegel des Kühlmediums vorsteht, also aus dem Kühlmedium herausragt, wird durch Wärmetransport in den eingetauchten Bereich des Wärmetauscherrohres indirekt gekühlt.

Nach einem ersten Ausführungsbeispiel sind die Wärmetauscherrohre aus geraden Rohren gebildet, die sich im Bereich zwischen den Rohrblechen abwärts oder aufwärts entlang der Oberfläche des Mantels erstrecken.

Nach einem zweiten Ausführungsbeispiel weisen die Wärmetauscherrohre nach dem ersten Ausführungsbeispiel vorzugsweise an beiden Endabschnitten gerade Rohrabschnitte auf, die sich parallel zur Achse des Mantels erstrecken.

Ein drittes Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens die Wärmetauscherrohre, die an der Oberseite im Inneren des Mantels und in der Nachbarschaft der Oberfläche desselben angeordnet sind, durch Wärmetauscherrohre, die abwärts oder aufwärts gerichtet in Umfangsrichtung des Mantels sich zwischen den beiden Endrohrblechen erstrecken oder einer Kombination von Wärmetauscherrohren, die abwärts gerichtet sind und solcher, die aufwärts gerichtet sind, in der Umfangsrichtung des Mantels sich zwischen den Rohrblechen erstrecken.

Ein viertes Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmetauscherrohre gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel, die Wärmetauscherrohre, die an beiden Endrohrblechen befestigt sind, so daß sie abwärts oder aufwärts in Umfangsrichtung des Mantels gerichtet sind, aufweisen oder die eine Kombination von Wärmetauscherrohren, die daran befestigt sind, aufweisen, so daß sie abwärts gerichtet sind und solcher, die so daran befestigt sind, daß sie aufwärts gerichtet sind, in Umfangsrichtung des Mantels als Wärmetauscherrohre gebildet sind, die einen gebogenen, gekrümmten oder geraden Bereich aufweisen.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel dadurch gekennzeichnet, daß Wärmetauscherrohre nach dem dritten Ausführungsbeispiel, die Wärmetauscherrohre aufweisen, die zwischen beiden Endrohrblechen so angeordnet sind, daß sie abwärts oder aufwärts gerichtet sind, oder eine Kombination von Wärmetauscherrohren, die abwärts gerichtet sind und solcher, die aufwärts gerichtet sind, in der Umfangsrichtung des Mantels aufweisen und die gebogene oder gekrümmte Bereiche aufweisen, die aus den Wärmetauscherrohren mit geraden Bereichen an beiden Endabschnitten derselben gebildet sind.

Der Grund, weshalb nach der vorliegenden Erfindung wenigstens die Wärmetauscherrohre, die an der oberen Seite im Inneren des Mantels vorgesehen sind und in der Nachbarschaft der inneren Oberfläche desselben angeordnet sind, so gebildet sind, daß sie einen geraden Abschnitt aufweisen, der so angeordnet ist, daß er sich abwärts oder aufwärts entlang des Umfangs des Mantels erstreckt, oder Wärmetauscherrohre, die sich abwärts oder aufwärts oder abwärts und aufwärts in Umfangsrichtung des Mantels erstrecken oder Wärmetauscherrohre, die sich abwärts oder aufwärts oder abwärts und aufwärts in der Umfangsrichtung des Mantels erstrecken und einen gebogenen oder gekrümmten Bereich aufweisen, ist, daß immer wenigstens ein Teil jedes Wärmetauscherrohres im Wasser verbleiben soll, auch wenn der Spiegel des flüssigen Kühlmittels im Mantel unter einen bestimmten Grad absinkt.

Konkret wenn der Spiegel eines flüssigen Kühlmittels im Mantel auf einen bestimmten Wert absinkt, bei dem die Wärmetauscherrohre in der Nachbarschaft der inneren Oberfläche eines Mantels über den Wasserspiegel hervorstehen, sind Wärmetauscherrohre, die gerade Rohre, wie sie in dem EGR-Kühler nach dem Stand der Technik eingesetzt werden, die so angeordnet sind, daß sie sich parallel zur Achse und zur inneren Oberfläche des Mantels erstrecken, über ihre gesamte Länge außerhalb des flüssigen Kühlmittels, jedoch stehen Wärmetauscherrohre, die gerade Rohre aufweisen, die abwärts oder aufwärts entlang dem Umfang des Mantels gerichtet sind, oder Rohre mit einem abwärts gerichteten Bereich und/oder einem gebogenen oder gekrümmten Bereich nur einem Bereich einer gewissen Länge derselben über den Wasserspiegel derselben hervor, wobei wenigstens ein Teil jedes der Wärmetauscherrohre unterhalb des Kühlwasserspiegels verbleibt. Dementsprechend steigt die Temperatur der äußeren Oberfläche der Rohre nicht über ihre gesamte Länge auf die Temperatur des Rezirkulations-Abgases und die Expansion der Wärmetauscherrohre kann unterdrückt werden.

Die Wärmetauscherrohre nach den Ausführungsbeispielen, die einen gebogenen oder gekrümmten Bereich haben, können zusätzlich zu diesen Wirkungen Wärmespannungen durch Wärmedehnung der Wärmetauscherrohre, wenn diese denn überhaupt auftreten, an den gebogenen oder gekrümmten Bereichen absorbieren.

Die Form der Wärmetauscherrohre mit einem gebogenen oder gekrümmten Bereich ist nicht begrenzt. Die Wärmetauscherrohre mit abwärts gerichteten oder aufwärts gerichteten gebogenem oder gekrümmtem Bereich umfassen schräge Wärmetauscherrohre, in denen die Höhen der beiden Endabschnitte derselben unterschiedlich sind oder V-förmige Wärmetauscherrohre, die einen abwärts gebogenen mittleren Bereich aufweisen. Die Wärmetauscherrohre, die eine Kombination von abwärts und aufwärts gerichteten, gebogenen oder gekrümmten Bereichen aufweisen, umfassen, zum Beispiel, Wärmetauscherrohre mit einem bergförmigen (aufwärts gebogenen) Bereich an einem Endabschnitt von jedem Wärmetauscherrohr und einen abwärts gebogenen Bereich am anderen Endabschnitt derselben. Der Unterschied in der Höhe zwischen den beiden Endbereichen der Rohre oder der Tiefe des V-förmigen Rücksprungbereiches oder der Höhe des bergförmigen Bereiches ist auf der Basis der vorhergesagten Variation des Wasserspiegels in Übereinstimmung mit der Dimension des zu verwendenden EGR-Kühlers oder dem Volumen des Mantels und der Länge und der Dimension des Wärmetauscherrohres bestimmt.

Wie aus Fig. 5, die weiter unten noch genauer beschrieben wird, klar wird, ist die Befestigung der Wärmetauscherrohre an den Rohrblechen durch Durchführen der Endbereiche der Wärmetauscherrohre durch Durchgangsbohrungen in den Rohrblechen und Verlöten oder Verschweißen der Endabschnitte der Wärmetauscherrohre mit den Rohrblechen gebildet. Hierdurch sind im Falle von Wärmetauscherrohren, die gerade Rohre aufweisen, die abwärts oder aufwärts entlang dem Umfang des Mantels gerichtet sind gemäß der Wärmetauscherrohre nach der vorliegenden Erfindung, beide Endbereiche derselben diagonal durch die Durchgangsbohrungen in den Rohrblechen gerichtet, wobei aber ohne Probleme gelötet oder geschweißt werden kann. Wie auch immer, um die Endbereiche der Wärmetauscherrohre an den Rohrblechen einfacher und sicherer zu befestigen, ist es vorzugsweise vorgesehen, beide Endabschnitte der Wärmetauscherrohre, die gerade Rohre oder abschnittsweise gebogene Rohre umfassen, mit geraden Bereichen zu versehen, die parallel zur Achse des Mantels gerichtet sind, um die Löt- und Schweißoperation durchführen zu können und dieses ermöglicht es, die Festigkeit der Löt- und Schweißverbindung dieser Bereiche weiter zu verbessern.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Ausführungsform einer Vorrichtung mit den Erfindungsmerkmalen in einer teilweise geschnittenen Vorderansicht,

Fig. 2 eine Referenzdarstellung von Wärmetauscherrohren für die Vorrichtung gemäß Fig. 1 in einer ebenen Projektion, wobei

Fig. 2(a) eine Referenzzeichnung mit einem Beispiel für ein Wärmetauscherrohr mit geraden Rohren ohne Krümmungspunkt und

Fig. 2(b) eine Referenzzeichnung mit einem Beispiel für Wärmetauscherrohre mit geraden Rohren, die gerade Bereiche an ihren beiden Enden aufweisen, zeigen,

Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel mit den Erfindungsmerkmalen in einer teilweise geschnittenen Frontansicht,

Fig. 4 eine Seitenansicht der Vorrichtung gemäß Fig. 3,

Fig. 5 ein Schnitt durch die Vorrichtung gemäß Fig. 3 in der Ebene V-V mit einem Pfeil, mit dem der Spiegel des Kühlwassers im Mantel der Vorrichtung absinkt,

Fig. 6 eine Referenzdarstellung derselben Vorrichtung, in der die Form, in der die Wärmetauscherrohre der Vorrichtung gebogen sind, in eine Ebene projiziert ist, wobei

Fig. 6(a) und 6(b) Referenzzeichnungen mit einem Beispiel für Wärmetauscherrohre sind, bei denen die Höhe beider Bereiche der Wärmetauscherrohre unterschiedlich ist,

Fig. 6(c) eine Referenzzeichnung mit einem Beispiel für ein Wärmetauscherrohr, bei dem ein Zwischenbereich V-förmig ausgebildet ist, und

Fig. 6(d) eine Referenzzeichnung mit einem Beispiel für ein Wärmetauscherrohr mit einem geformten Bereich zwischen aufwärts gerichteten und abwärts gerichteten Bereichen des Wärmetauscherrohres,

Fig. 7 ein Längsschnitt durch ein Beispiel für einen konventionellen Mantel und Rohr EGR-Kühler nach dem Stand der Technik, wobei ein mittlerer Bereich desselben weggelassen wurde, und

Fig. 8 ein Vertikalschnitt durch den Kühler nach dem Stand der Technik in der Ebene VIII-VIII gemäß Fig. 7.

Bezugnehmend auf die Fig. 1 bis 6 bezeichnen die Bezugsziffern 1 und 11 einen Mantel, 1-1 und 11-1 einen Kühlwassereinlaß, 1-2 und 11-2 einen Kühlwasserauslaß, 2 und 12 Wärmetauscherrohre, Bezugsziffer 2-1 Wärmetauscherrohre mit geraden Rohren, die so angeordnet sind, daß sie abwärts oder aufwärts am Umfang des Mantels gerichtet sind, Bezugsziffern 12-1 bis 12-5 Wärmetauscherrohre, die in Umfangsrichtung des Mantels gebogen sind, 12-6 Wärmetauscherrohre mit geraden Rohren, 3 und 13 Rohrbleche, 4 und 14 Endkappen, 4-1 und 14-1 einen Rezirkulations-Abgas-Einlaß, 4-2 und 14-2 einen Rezirkulations-Abgas-Auslaß, 5 und 15 Befestigungsflansche und Referenzbuchstabe α einen zentralen Winkel von zwei geraden Kreuzlinien, die die Achse von gegenüberliegenden Wärmetauscherrohren des obersten Bereichs des äußeren Umfangs derselben in Kontakt mit der Wasseroberfläche im Mantel und der Achse des Mantels.

Konkret ist der EGR-Kühler gemäß der Erfindung im wesentlichen horizontal angeordnet und hat, wie in Fig. 2(a) und 2(b) gezeigt, Wärmetauscherrohre 2, die zwischen zwei Rohrblechen 3 angeordnet und an diesen befestigt sind. Die Wärmetauscherrohre, die in der Nachbarschaft der oberen inneren Umfangsfläche des Mantels 1 angeordnet sind, sind aus Wärmetauscherrohren gebildet, die geraden Rohre aufweisen, die so angeordnet sind, daß sie sich abwärts oder aufwärts zwischen beiden Enden der Rohrbleche 3 und entlang des Umfangs der inneren Oberfläche des Mantels 1 erstrecken. Die anderen Wärmetauscherrohre sind als gerade Rohre ähnlich den Rohren in konventionellen EGR-Kühlern geformt. Die Wärmetauscherrohre 2-1 mit den geraden Rohren gemäß Fig. 2(a) und 2(b) sind mit unterschiedlicher Höhe der beiden Rohrenden angeordnet.

Die Wärmetauscherrohre 2-1 mit den geraden Rohren gemäß Fig. 2(a) sind an die Rohrbleche 3 an beiden Endbereichen der Rohre geschweißt oder gelötet und erstrecken sich diagonal durch Durchgangsbohrungen in den Rohrblechen 3. Wenn gerade Bereiche 2-1, die sich parallel zur Achse des Mantels 1 erstrecken an beiden Endbereichen der Wärmetauscherrohre 2-1, wie in Fig. 2(b) gezeigt, vorgesehen sind, ist die Lötung oder Schweißung der Endbereiche mit den Rohrblechen 3 betriebssicherer ausgeführt und die Festigkeit der Lötung oder Schweißung kann verbessert werden.

In dem EGR-Kühler mit der Konstruktion gemäß Fig. 1 und 2 fließt ein Rezirkulations-Abgas vom Einlaß 4-1 in die Wärmetauscherrohre 2 in den Mantel 1 und wird mit dem Kühlwasser, das durch den Einlaß 1-1 in das Innere des Mantels 1 eingeführt wird, gekühlt. Das gekühlte Gas fließt durch den Auslaß 4-2 aus und das sich ergebende Kühlwasser wird durch den Auslaß 1-2 abgelassen. Wenn der Spiegel des Kühlwassers im Mantel 1 aufgrund abnehmender Quantität des Motorkühlwassers absinkt, sind die Wärmetauscherrohre 2-1, die in der Nachbarschaft der oberen, inneren Oberfläche des Mantels 1 angeordnet sind und die Rohre aufweisen, die so angeordnet sind, daß sie abwärts oder aufwärts entlang des Umfangs der inneren Oberfläche des Mantels 1 und mit der Höhe von beiden Endbereichen der Rohre in unterschiedlicher Höhe angeordnet sind, mit dem Bereich größerer Höhe über den abgesunkenen Spiegel des Kühlwassers im Mantel 1, jedoch der Bereich der Rohre 2-1 mit der geringeren Höhe im Wasser. Hierdurch werden auch dann die Bereiche der Rohre, die oberhalb des Wasserspiegels liegen, die mit dem Zirkulations-Abgas geheizt werden, durch die Bereiche der Rohre, die im Wasser bleiben, gekühlt. Konkret werden auch die höher stehenden Bereiche indirekt durch Wärmetransfer gekühlt und die Temperatur dieser Bereiche wird nennenswert unter die Temperatur des Zirkulations-Abgases gesenkt, wodurch sichergestellt ist, daß eine Verlängerung der Wärmetauscherrohre verhindert wird. Dementsprechend tritt die Zerstörung, die der thermischen Expansion der Wärmetauscherrohre zuzuschreiben ist, der gelöteten oder geschweißten Bereiche der Wärmetauscherrohre und dem Rohrblech 3 und das Verbiegen und Knicken der Wärmetauscherrohre nicht auf.

In dem EGR-Kühler gemäß Fig. 3 sind die Wärmetauscherrohre, die aus Wärmetauscherrohren gebildet sind, die zwischen Rohrblechen 13 sich erstrecken und an diesen befestigt sind und die in der Nachbarschaft einer äußeren inneren Umfangsoberfläche des Mantels 11 angeordnet sind, aus Wärmetauscherrohren 12-1 gebildet, die in dieselbe Richtung gebogen sind, nämlich abwärts an einem Bereich derselben, der zwischen beiden Endrohrblechen 13 in der Umfangsrichtung entlang der inneren Oberfläche des Mantels 11 liegt, so daß der höchste Punkt beider Rohrendbereiche unterschiedlich gesetzt ist, und die kurze, gerade Bereiche 12-1s an beiden Endbereichen der Rohre haben, während die äußeren Wärmetauscherrohre aus Wärmetauscherrohren 12-6 geformt sind, die dieselben geraden Rohre, wie sie in den konventionellen EGR-Kühlern eingesetzt werden, aufweisen.

Die vorstehend beschriebenen Wärmetauscherrohre 12-1 werden in einem mechanischen Biegeprozeß durch eine Biegevorrichtung hergestellt. Der Biegewinkel der Wärmetauscherrohre 12-1, die durch diesen Biegeprozeß hergestellt werden, ist vorzugsweise in einem Bereich von nicht weniger als der zentrale Winkel α, der in Fig. 5 gezeigt ist und zwischen zwei geraden, sich kreuzenden Linien, wobei die Unien einerseits durch die Achse der obersten, gerade noch unter dem Spiegel des Kühlmediums und direkt am Mantel 11 liegenden Wärmetauscherrohre 12 und andererseits der Achse des Mantels 11 verlaufen. Wenn die Wärmetauscherrohre in der Nachbarschaft der inneren Umfangsoberfläche des Mantels 11 in einem Winkel gebogen werden, der zum Beispiel dem doppelten Winkel α entspricht, ragen die Wärmetauscherrohre, die am meisten offenliegen, zur Außenseite des Spiegels des Kühlwassers wenigstens die Hälfte der axialen Länge derselben über dem abgesenkten Wasserspiegel im Mantel 11, jedoch der verbleibende halbe Bereich des Rohres verbleibt im Wasser und ragt nicht über den Wasserspiegel hinaus. Wie oben angedeutet, wird der Biegewinkel der Wärmetauscherrohre auf der Basis des vorhergesagten Wasserstandes in Übereinstimmung der Dimension des EGR-Kühlers oder dem Volumen des Mantels 11 gesetzt. Konkret gesprochen sollte der Biegewinkel nicht weniger als α und vorzugsweise als 3α sein.

Die Wärmetauscherrohre 12 aus den Wärmetauscherrohren 12-6, die Wärmetauscherrohre 12-1 aufweisen, sind abwärts gebogen entlang der inneren Fläche des Mantels 11 in Umfangsrichtung desselben in unterschiedlicher Höhe von beiden Endbereichen der Rohre und haben kurze gerade Rohrbereiche 12-1s an beiden Enden. Gerade Rohre sind an beiden Rohrendbereichen derselben in der gleichen Weise wie in Fig. 1 gezeigt zu den Rohrblechen 13 aus einem Blech durch Löten oder Schweißen im Inneren des Mantels 11 befestigt, der mit einem Kühlwassereinlaß 11-1 und einem Kühlwasserauslaß 11-2 versehen ist, während die Rohrbleche 13 an ihrem äußeren Umfang an der Mantelfläche des Mantels durch Löten oder Schweißen befestigt sind. Eine Endkappe 14, die mit einem Einlaß 14-1 für Zirkulations-Abgas versehen ist, ist an die Endbereiche des Mantels 11 angebracht und eine Endkappe 14, die mit einem Auslaß 14-2 für Rezirkula­ tions-Abgas versehen ist, ist an den anderen Endbereich des Mantels 11 befestigt. Befestigungsflansche 5, die um einen äußeren, offenen Endbereich des Einlasses 14-1 und des Auslasses 14-2 für Rezirkulations-Abgas an den Endkappen gepaßt sind und an diesen befestigt sind.

Im Falle des EGR-Kühlers mit der in den Fig. 3 bis 5 gezeigten Konstruktion strömt Rezirkulations-Abgas durch den Einlaß 14-1 In das Innere des Mantels 11 und wird in der selben Weise wie bei dem EGR-Kühler gemäß Fig. 1 mit dem Kühlwasser, das durch den Einlaß 11-1 in das Innere des Mantels 11 zugeführt wird, gekühlt und das Gas durch den Auslaß 14-2 sowie das Kühlwasser durch den Auslaß 11-2 abgelassen. Wenn der Spiegel des Kühlwassers im Mantel 11 in dem Kühler gemäß Fig. 3 bis 5 durch ein Absinken der Quantität des Motorkühlwassers absinkt, ragt, da die Wärmetauscherrohre 11-1, die in der Nachbarschaft der oberen inneren Oberfläche des Mantels 11 angeordnet sind, in Umfangsrichtung des Mantels so gebogen sind, daß die Höhe beider Rohrendbereiche unterschiedlich ist, der axiale Teil von jedem Wärmetauscherrohr 12-1, der eine größere Höhe hat über den abgesenkten Kühlwasserspiegel in dem Mantel 11 hervor, jedoch der axiale Teil von jedem derselben, der eine geringere Höhe hat, bleibt im Wasser. Dementsprechend wird sogar, wenn die Bereiche des Wärmetauscherrohres, die über den Wasserspiegel hervorragen, durch das Rezirkulations-Abgas geheizt werden, diese Bereiche durch den Teil der Wärmetauscherrohre, die im Wasser verbleiben, gekühlt, so daß die aus dem Kühlwasser herausragenden Bereiche indirekt durch Wärmetransport unterhalb einer Temperatur, die nennenswert unterhalb der Temperatur des Rezirkulations-Abgases liegt, gekühlt werden, wodurch eine Verlängerung bzw. Wärmedehnung der Wärmetauscherrohre vermieden oder zumindest stark vermindert wird. Demzufolge tritt eine Zerstörung der Bereiche der Wärmetauscherrohre, die mit den Rohrblechen 13 verlötet oder verschweißt sind, und ein Biegen und Knicken der Wärmetauscherrohre, was der thermischen Expansion dieser Rohre zuzuschreiben ist, nicht auf.

Das in Fig. 6(a) gezeigte Wärmetauscherrohr 12-2 illustriert ein Beispiel für eine Biegeform von Wärmetauscherrohren, bei denen beide Endabschnitte auf einer unterschiedlichen Höhe liegen. Diese Wärmetauscherrohre haben gerade Rohrabschnitte 12-2s an beiden Endbereichen derselben und sind gebogen, so daß sie lineare Schrägen von Rohrendabschnitten mit größerer Höhe und Rohrendabschnitten mit kleinerer Höhe bilden. Hierdurch befinden sich, auch wenn der Spiegel des Kühlwassers im Mantel 11 absinkt, so daß beispielsweise der Rohrendabschnitt größerer Höhe dieses Wärmetauscherrohres 12-2 über den Wasserspiegel ragt, der Rohrendabschnitt mit geringerer Höhe unter Wasser.

Die in Fig. 6(b) gezeigten Wärmetauscherrohre 12-3 sind modifizierte Beispiele des Wärmetauscherrohres 12-3 gemäß Fig. 6(a) und weisen an beiden Endabschnitten derselben gerade Rohrbereiche 12-3s auf, die länger sind als die geraden Rohrbereiche 12-2s. Diese Wärmetauscherrohre 12-3 sind gebogen, so daß sie gerade oder leicht gekrümmte Schrägen bilden, die sich vom höheren geraden Rohrbereich 12-3s zum niedrigeren geraden Rohrbereich 12-3s erstrecken. Dementsprechend sind sogar, wenn der Spiegel des Kühlwassers in dem Mantel 11 absinkt und dadurch zum Beispiel die höheren Rohrbereiche 12-3s dieses Wärmetauscherrohres 12-3 über den Wasserspiegel ragen, die niedrigeren Rohrbereiche 12-3s in der gleichen Weise unter Wasser, wie in dem Falle der Wärmetauscherrohre 12-2, die in Fig. 6(a) gezeigt sind.

Die in Fig. 6(c) gezeigten Wärmetauscherrohre 12-4 sind Beispiele, die an Zwischenbereichen derselben abwärts gebogen sind und die gerade Rohrbereiche 12-4s an beiden Endabschnitten derselben aufweisen. Diese Wärmetauscherrohre sind an den Zwischenbereichen derselben in der Form des Buchstaben V in axialer Richtung derselben gebogen. Wenn beide Endabschnitte dieser Wärmetauscherrohre 12-4 in hohen Positionen angeordnet sind, sind die Zwischenbereiche derselben niedriger. Hierdurch sind, wenn der Spiegel des Kühlwassers im Mantel 11 absinkt, die Bereiche der geraden Rohrbereiche 12-4s an beiden Rohrendabschnitten über dem Wasserspiegel und die V-förmig abwärts gebogenen Zwischenbereiche des Rohres unterhalb des Wasserspiegels.

Die Wärmetauscherrohre 12-5, die in Fig. 6(d) gezeigt sind, sind Beispiele für Wärmetauscherrohre und gerade Rohrbereiche 12-5s an beiden Rohrendabschnitten derselben aufweisen. Die Wärmetauscherrohre sind so gebogen, daß ein bergförmiger Bereich 12-5m an dem höheren Rohrendabschnitt gebildet wird und sich eine lineare Schräge zu den Rohrendabschnitten, die niedriger als der bergförmige Bereich 12-5m sind, erstreckt. Wenn der Wasserspiegel des Kühlwassers im Mantel 11 absinkt, ragt der höhere Rohrendabschnitt dieses Wärmetauscherrohres 12-5 über den Wasserspiegel und der niedrigere Rohrendabschnitt desselben sinkt unter Wasser. Wenn die Temperatur des Wärmetauscherrohres infolge der Wärme des Rezirkula­ tions-Abgases zu groß werden sollte, kann die Länge durch die Bereiche größerer und kleinerer Biegewinkel ausgeglichen werden, nämlich drei Biegebereiche für jedes Rohr einschließlich dem bergförmigen Bereich 12-5m.

Wie vorstehend beschrieben sind in dem horizontal angeordneten EGR-Kühler gemäß der vorliegenden Erfindung wenigstens die Wärmetauscherrohre in der Nachbarschaft der oberen inneren Oberfläche des Mantels aus Wärmetauscherrohren, die einen geraden Abschnitt, der zwischen Rohrblechen an beiden Enden des Mantels angeordnet ist, aufweisen, so daß die Wärmetauscherrohre sich abwärts oder aufwärts entlang des Umfangs des Mantels erstrecken, oder aus Wärmetauscherrohren, die abwärts oder aufwärts gerichtet sind, oder aus einer Kombination von Wärmetauscherrohren, die abwärts gerichtet sind und abwärts gerichtete gebogene oder gekrümmte Bereiche und umfangsgerichtet abwärts gebogene oder gekrümmte Bereiche aufweisen, gebildet. Demzufolge sind sogar, wenn der Spiegel des Kühlwassers im Mantel von einem vorbestimmten Wert absinkt, so daß das Rezirkulations-Abgas den Bereich des Wärmetauscherrohres, das über den Wasserspiegel ragt, heizt, diese durch die Bereiche desselben Rohres, die unter Wasser sind, gekühlt. Dementsprechend sind die überstehenden Bereiche ebenfalls indirekt gekühlt und die Temperatur derselben nennenswert niedriger als die des Rezirkulations-Abgases, so daß eine Verlängerung der Wärmetauscherrohre minimiert werden kann. Wenn die Wärmetauscherrohre sich durch die Wärme des Rezirkulations-Abgases verlängern, kann die Verlängerung durch die gebogenen oder kurvigen Bereiche derselben absorbiert werden. Als Ergebnis wird eine Zerstörung der Bereiche der Wärmetauscherrohre, die mit den Rohrblechen verlötet oder verschweißt sind, und ein Biegen oder Knicken dieser Rohre, die durch thermische Expansion dieser Rohre verursacht werden, verhindert. Dieses ermöglicht hervorragende Effekte, nämlich eine Verschlechterung des Wärmetauschergrades der Rohre kann verhindert werden, sogar, wenn der Spiegel des Kühlwassers im Mantel absinkt, und die Lebenszeit des Kühlers kann verlängert werden.

Claims (11)

1. Rezirkulations-Abgas-Kühler (EGR-Kühler) mit einem im wesentlichen horizontal angeordneten Mantel (1, 11), mit an Endbereichen des Mantels (1, 11) fest angebrachten Endkappen (4, 14), mit in dem Mantel (1, 11) zwischen zwei Rohrblechen (3, 13) verlaufenden und mit ihren Endabschnitten an den Rohblechen (3, 13) befestigen Wärmetauscherrohren (2, 12), wobei die Rohrbleche (3, 13) mit ihrem äußeren Umfang an Endbereichen des Mantels (1, 11) fest angebracht sind, und mit einem zwischen den Rohrblechen (3, 13) angeordneten Einlaß (1-1, 11-1) und einem Auslaß (1-2, 11-2) für ein Kühlmedium, und mit einem außerhalb des Bereichs zwischen den Rohrblechen (3, 13) angeordneten Einlaß (4-1, 14-1) und Auslaß (4-2, 14-2) für das Rezirkulationsabgas, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens die an einer oberen Seite im Inneren des Mantels (1, 11) in der Nachbarschaft der inneren Oberfläche des Mantels (1, 11) angeordneten Wärmetauscherrohre (2-1, 12-1, 12-2, 12-3, 12-4, 12-5) mit wenigstens einem Abschnitt aufwärts und/oder abwärts gerichtet im Mantel (1, 11) verlaufen, derart daß auch bei abgesenktem Spiegel des Kühlmediums im Mantel (1, 11) wenigstens ein Bereich der Wärmetauscherrohre (2-1, 12-1, 12-2, 12-3, 12-4, 12-5) in das Kühlmedium eingetaucht ist.

2. EGR-Kühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rezirkulationsabgas-Einlaß (4-1, 14-1) an der einen Endkappe (4, 14) und der Rezirkulationsabgas-Auslaß (4-2, 14-2) an der anderen Endkappe (4, 14) vorgesehen ist, wobei Befestigungsflansche (5. 15) um die äußeren offenen Endbereiche des Gaseinlasses (4-1, 14-1) und des Gasauslasses (4-2, 14-2) gepaßt und an diesen befestigt sind.

3. EGR-Kühler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmetauscherrohre (2, 12) an den Rohrblechen (3, 13) durch Löten oder Schweißen befestigt sind.

4. EGR-Kühler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den beiden Rohrblechen (3, 13) Wärmetauscherrohre (2-1) aus geraden Rohren angeordnet sind, so daß sie sich abwärts oder aufwärts entlang der Oberfläche des Mantels erstrecken.

5. EGR-Kühler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmetauscherrohre (2-1) an beiden Endabschnitten der Wärmetauscherrohre (2-1) gerade Rohrbereiche (2-1s), die sich parallel zur Achse des Mantels (1) erstrecken, aufweisen.

6. EGR-Kühler nach einem der Ansprüche 1 bis 3 , dadurch gekennzeichnet, daß sich die Wärmetauscherrohre (12-1, 12-2, 12-3, 12-4, 12-5) abwärts oder aufwärts in Umfangsrichtung des Mantels (11) erstrecken, oder eine Kombination aus Wärmetauscherrohren (12-1, 12-2, 12-3, 12-4, 12-5), die sich abwärts in Umfangsrichtung des Mantels (11) erstrecken, und solcher, die sich aufwärts in Umfangsrichtung des Mantels (11) erstrecken, vorgesehen ist.

7. EGR-Kühler gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmetauscherrohre (12-1, 12-2, 12-3, 12-4, 12-5) gebogene, gekrümmte oder gerade Rohrbereiche aufweisen.

8. EGR-Kühler nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmetauscherrohre (12-1, 12-2, 12-3, 12-4, 12-5) einen geraden Rohrbereich an beiden Endabschnitten (12-1s, 12-2s, 12-3s, 12-4s, 12-5s) aufweisen.

9. EGR-Kühler nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmetauscherrohre (12-4) mit einer Schräge mit unterschiedlicher Höhe an beiden Endbereichen der Wärmetauscherrohre (12-1, 12-2, 12-3, 12-4, 12-5) oder an einem Zwischenbereich derselben in der Form des Buchstaben "V" ausgebildet sind.

10. Ein EGR-Kühler nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß Wärmetauscherrohre (12-5) in die Form eines Berges (12-5m) gebogen sind und an einem Endbereich jedes Wärmetauscherrohres (12-5) aufwärts und an dem anderen Bereich des Wärmetauscherrohres (12-5) abwärts gerichtet sind.

11. EGR-Kühler nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein Biegewinkel der Wärmetauscherrohre (12-1, 12-2, 12-3, 12-4, 12-5) nicht kleiner als der zentrale Winkel (α) zwischen zwei geraden, sich kreuzenden Linien ist, wobei die Linien einerseits durch die Achse der obersten, gerade noch unter dem Spiegel des Kühlmediums und direkt am Mantel (11) liegenden Wärmetauscherrohre (12-1, 12-2, 12-3, 12-4, 12-5) und andererseits der Achse des Mantels (11) verlaufen.