DE60017452T2 - Wärmetauscher zum kühlen der abgase eines kraftfahrzeuges - Google Patents

Wärmetauscher zum kühlen der abgase eines kraftfahrzeuges Download PDF

Info

Publication number
DE60017452T2
DE60017452T2 DE60017452T DE60017452T DE60017452T2 DE 60017452 T2 DE60017452 T2 DE 60017452T2 DE 60017452 T DE60017452 T DE 60017452T DE 60017452 T DE60017452 T DE 60017452T DE 60017452 T2 DE60017452 T2 DE 60017452T2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
heat exchanger
shell
tubes
collector
exhaust gas
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
DE60017452T
Other languages
English (en)
Other versions
DE60017452D1 (de
Inventor
Patrick Claverie
Arnaud Vitel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
PSA Automobiles SA
Original Assignee
Peugeot Citroen Automobiles SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Peugeot Citroen Automobiles SA filed Critical Peugeot Citroen Automobiles SA
Publication of DE60017452D1 publication Critical patent/DE60017452D1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE60017452T2 publication Critical patent/DE60017452T2/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/02Header boxes; End plates
    • F28F9/0229Double end plates; Single end plates with hollow spaces
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/02Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust
    • F01N3/05Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of air, e.g. by mixing exhaust with air
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D1/00Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators
    • F28D1/02Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid
    • F28D1/0233Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with air flow channels
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D1/00Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators
    • F28D1/02Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid
    • F28D1/04Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits
    • F28D1/053Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits the conduits being straight
    • F28D1/05316Assemblies of conduits connected to common headers, e.g. core type radiators
    • F28D1/05325Assemblies of conduits connected to common headers, e.g. core type radiators with particular pattern of flow, e.g. change of flow direction
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2240/00Combination or association of two or more different exhaust treating devices, or of at least one such device with an auxiliary device, not covered by indexing codes F01N2230/00 or F01N2250/00, one of the devices being
    • F01N2240/02Combination or association of two or more different exhaust treating devices, or of at least one such device with an auxiliary device, not covered by indexing codes F01N2230/00 or F01N2250/00, one of the devices being a heat exchanger
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D21/00Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
    • F28D2021/0019Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for
    • F28D2021/008Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for for vehicles
    • F28D2021/0091Radiators
    • F28D2021/0092Radiators with particular location on vehicle, e.g. under floor or on roof
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D21/00Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
    • F28D21/0001Recuperative heat exchangers
    • F28D21/0003Recuperative heat exchangers the heat being recuperated from exhaust gases
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Wärmeaustauscher für die Kühlung von Abgas eines Kraftfahrzeuges.
  • Es kann erforderlich sein, die Abgase eines Kraftfahrzeuges zu kühlen, die in einer Abgasleitung strömen, welche über Abgasrohre mit dem Motor verbunden ist und in welcher beispielsweise ein oder mehrere Schalldämpfer und/oder ein oder mehrere Vorrichtungen zur Behandlung der Abgase vorgesehen sind.
  • Im Falle einer Abgasleitung, welche eine oder mehrere Behandlungsvorrichtungen aufweist, mit denen die Reinigung der Abgase durchgeführt werden kann, kann es erforderlich sein, die strömenden Gase vor ihrem Eintritt in die Behandlungsvorrichtung zu kühlen, damit die Temperatur dieser Gase stets vollkommen an die Funktionsbedingungen der Reinigungseinheit angepasst ist oder auch damit eine Zerstörung oder Beschädigung einer oder mehrerer Komponenten einer Behandlungsvorrichtung durch thermische Effekte vermieden wird.
  • Allgemeiner ausgedrückt, kann es erforderlich sein, die Abgase eines Motors zu kühlen, um eine Beschädigung der Elemente, die die Abgasleitung aufbauen, zu vermeiden.
  • Man hat daher daran gedacht, eine Wärmetauschervorrichtung in der Abgasleitung, beispielsweise vor einer Reinigungseinheit für die Abgase, zwischenzusetzen.
  • Die einfachste Lösung besteht darin, ein einfaches Rohr großer Länge zu verwenden und die Leitung des Rohres und die Konvektion auszunutzen, die mit dem Strömen von Luft um das Rohr herum in Verbindung steht, um Energie abzuführen. Der Nachteil dieser Lösung besteht darin, dass sie zu der Verwendung von Rohren sehr großer Länge führen kann, die Probleme einer Anbringung unter dem Wagenboden schaffen.
  • Man kennt bis jetzt keine Wärmetauschervorrichtung einfacher und kompakter Ausführung, die in der Abgasleitung eines Kraftfahrzeuges sitzt und es gestattet, die in der Abgasleitung strömenden Abgase wirkungsvoll durch Luft zu kühlen, die mit der Wand eines Kanals in Berührung steht, in welchem die Abgase strömen.
  • In FR-A-783570 wird ein Schalldämpfer einer Abgasleitung eines Kraftfahrzeugs beschrieben, der mehrere Körper, beispielsweise zwei Körper aufweist, die voneinander durch einen Zwischenraum getrennt sind und jeweils durch einen Aufbau von zueinander parallel liegenden Rohren gebildet sind, deren Gesamtquerschnitt eine Drosselung der Strömung von Abgas im Inneren des Schalldämpfers gestattet. Mit einer solchen Vorrichtung kann eine gewisse Kühlung der Abgase bewirkt werden. Die Länge der Wegstrecke der Gase in jedem der Körper des Schalldämpfers beschränkt sich jedoch auf die Länge der parallel angeordneten Rohre.
  • Aufgabe der Erfindung ist es also, einen Wärmetauscher für die Kühlung von Abgas eines Kraftfahrzeuges, bestimmt zur Zwischenschaltung in der Abgasleitung des Fahrzeugs und mit wenigstens einer Anzahl von Rohren in Berührung über ihre Außenwand mit der Kühlluft, in welchem ein Strömen des Abgases herbeigeführt wird, vorzuschlagen, mit einem Außenmantel aus Blech im Wesentlichen zylindrischer Form, welcher eine von Öffnungen durchsetzte Seitenwand aufweist, in der Rohre der Anzahl von Rohren durch Haltemittel in im Wesentlichen parallelen Anordnungen im Inneren des Außenmantels festgelegt sind, einer Zuführleitung für das Abgas in den Mantel des Wärmetauschers, die mit der Abgasleitung strömungsoberhalb des Wärmetauschers verbunden ist, einer Auslassleitung für das Abgas, die mit der Abgasleitung strömungsunterhalb des Wärmetauschers verbunden ist, und Verteilungsmitteln für das Abgas, die im Inneren des Mantels des Wärmetauschers angeordnet sind, wobei dieser Wärmetauscher einfacher Ausführung und kompakter Form eine wirksame Abgaskühlung gestattet, deren Stärke einfach einzustellen ist.
  • Vor dieser Aufgabe sind die Verteilungsmittel für das Abgas, die es gestatten, das Abgas von der Zuführleitung zur Auslassleitung längs eines Weges durchzulassen, der nacheinander in axialer Richtung jedes der Rohre der Anzahl von Rohren längs ihrer gesamten Länge durchsetzt, durch Sammler gebildet, die im Inneren des Metallmantels des Wärmetauschers durch zwei axiale Endschalen bzw. Außenschalen, die in Querrichtung angeordnet sind und die axialen Enden des Metallmantels des Wärmetauschers abschließen, und durch eine Anzahl von Innenschalen begrenzt sind, die jeweils über den gesamten Innenquerschnitt des Metallmantels im Abstand von den axialen Enden des Metallmantels des Wärmetauschers angeordnet sind und jeweils von mindestens einer Durchtritts- und Fixieröffnung für ein Rohr der Anzahl von Rohren durchsetzt sind, wobei jedes der Rohre der Anzahl von Rohren an einem seiner Enden in einer Innenschale und an seinem zweiten Ende in einer zweiten Innenschale festgelegt ist, wobei jeder der Sammler innerhalb der Seitenwand des Metallmantels durch eine erste Schale, die eine Außenschale oder eine Innenschale sein kann, und durch eine zweite Schale, die eine Innenschale ist, begrenzt ist.
  • Zum guten Verständnis der Erfindung wird nun als Beispiel und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ein erfindungsgemäßer Wärmetauscher beschrieben, der in einer Abgasleitung eines Kraftfahrzeuges verwendet wird.
  • 1 ist ein Seitenansicht eines Teils einer Abgasleitung eines Kraftfahrzeuges, welcher einen Wärmetauscher gemäß der Erfindung aufweist.
  • 2 ist eine perspektivische Ansicht des erfindungsgemäßen Wärmetauschers.
  • 3 ist eine Axialschnittansicht des Wärmetauschers.
  • 4A, 4B, 4C, 4D, 4E und 4F sind Schnitte des Wärmetauschers längs 4A, 4B, 4C, 4D, 4E bzw. 4F der 3.
  • In 1 ist der allgemein mit 1 bezeichnete erfindungsgemäße Wärmetauscher dargestellt, welcher einen Mantel 2 aus Blech, dessen seitliche Wand auf einem Teil ihrer Länge von Öffnungen 3 durchsetzt ist, ein Eintrittsrohr 4 für das Abgas, welches mit einem Teil 5 der Abgasleitung des Kraftfahrzeuges, bei Betrachtung der durch die Pfeile 7 gegebenen Strömungsrichtung des Abgases in der Leitung, strömungsoberhalb des Wärmetauschers 1 verbunden ist, und eine Auslassleitung 6 für das Abgas, welche mit einem Teil 5' der Abgasleitung des Kraftfahrzeuges, bei Betrachtung der durch die Pfeile 7 gegebenen Strömungsrichtung des Abgases, strömungsunterhalb des Wärmetauschers 1 verbunden ist, aufweist.
  • Der strömungsoberhalb liegende Teil 5 der Abgasleitung, welcher an einem seiner Enden mit dem Eintrittsrohr 4 für das Abgas in den Mantel 2 des Wärmetauschers 1 verbunden ist, weist ein zweites Ende auf, welches mit den Abgasrohren des Motors des Kraftfahrzeuges verbunden ist.
  • Der strömungsunterhalb liegende Teil 5' der Abgasleitung kann beispielsweise mit einem oder mehreren Schalldämpfern und/oder einer Reinigungsvorrichtung für die Abgase verbunden sein.
  • Der Wärmetauscher 1, der zwischen die Teile 5 und 5' der Abgasleitung des Kraftfahrzeuges zwischengelegt ist, muss leicht unter dem Wagenboden oder in einem Unterboden des Kraftfahrzeuges anbringbar sein.
  • Hierzu muss der Blechmantel 2 des Wärmetauschers 1 eine kompakte Form und so geringe Abmessungen wie möglich haben.
  • Der erfindungsgemäße Wärmetauscher, der unter Bezug auf die Figuren noch genauer beschrieben wird, ermöglicht es, in einem kompakten Metallmantel Mittel aufzunehmen, die ein Strömen der Gase im Inneren des Mantels über eine Wegstrecke großer Länge gestatten. Es lässt sich so eine sehr wirkungsvolle Kühlung der Gase zwischen dem strömungsoberhalb liegenden Teil und dem strömungsunterhalb liegenden Teil der Abgasleitung erreichen.
  • Wie insbesondere in 2 und den 4A bis 4F zu sehen, hat der Metallmantel 2 des Wärmetauschers 1 die allgemeine Form eines Zylinders mit länglichem Querschnitt, beispielsweise einem im Wesentlichen elliptischen Querschnitt. Der Mantel des Wärmetauschers 1 weist damit eine Form und Abmessungen entsprechend denjenigen des Metallmantels eines herkömmlichen Schalldämpfers einer Abgasleitung eines Kraftfahrzeuges auf. Diese Form, die in gewissen Fällen komplex sein kann, muss das leichte Unterbringen des erfindungsgemäßen Wärmetauschers im Wagenunterboden eines Kraftfahrzeuges gestatten.
  • Der Blechmantel 2 weist eine Seitenwand auf, die an ihrem strömungsoberseitigen Ende durch eine im Wesentlichen elliptisch geformte Metallplatte 8 abgeschlossen ist, die durch Sickung längs eines äußeren Randes am strömungsoberhalbseitigen Ende der Seitenwand des Metallmantels 2 befestigt ist. Die Metallplatte 8, die eine erste äußere Schale des Metallmantels 2 bildet, wird von einer Öffnung 9 durchsetzt, die kreisförmig oder länglich sein kann und in welcher ein Ende des Abgaseintrittsrohres 4, dessen Querschnitt mit einer der Öffnung entsprechenden Form in 4A dargestellt ist, durch Sicken oder Schweißen angebracht und fixiert ist.
  • Der Metallmantel 2 weist am strömungsunterhalbseitigen Ende auch eine zweite Metallwand 10 länglicher Form auf, wel che durch Sickung längs eines Außenrandes am strömungsunterhalbseitigen Teil der Seitenwand aus Blech des Mantels 2 des Wärmetauschers befestigt ist.
  • Die Form des Querschnitts des Metallmantels 2 und damit der Endwände ist allgemein länglich. In gewissen Fällen, je nach verfügbarem Platz unter dem Boden des Fahrzeugs, kann es jedoch erforderlich sein, auf komplexere Formen zurückzugreifen.
  • Die strömungsunterhalbseitige Endwand 10 oder strömungsunterseitige äußere Schale 10 des Metallmantels wird von einer Öffnung 11 durchsetzt, die kreisförmig oder ggf. länglich sein kann und in der die Abgasauslassleitung 6 befestigt ist.
  • Im Inneren des Blechmantels 2 des Wärmetauschers 1 wird die Gasströmung durch Rohre 12a, 12b und 12c kanalisiert, deren Querschnitte in den 4C bis 4F dargestellt sind.
  • Im Falle der in den Figuren dargestellten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wärmetauschers werden drei Strömungsrohre für die Abgase verwendet, es wäre jedoch auch möglich, wie dies im Folgenden erläutert wird, eine größere Anzahl von Rohren zu verwenden.
  • Die Rohre 12a, 12b und 12c sind im Inneren des Mantels 2 in paralleler Anordnung mittels Innenschalen 14a, 14b, 14c und 14d befestigt, die längs des Innenquerschnitts des Blechmantels 2 angeordnet sind.
  • Jede der Schalen 14a, 14b, 14c, 14d ist durch eine Metallplatte gebildet, die die Form des Querschnitts des Mantels 2 hat und jeweils einen Rand 13a, 13b, 13c bzw. 13d aufweist, der in Bezug auf die Ebene der Metallplatte unter 90° umgebogen ist und über den die Schale durch Versicken oder Schweißen im Inneren des Metallmantels 2 angesetzt und fixiert ist.
  • Eine erste Innenschale 14a und eine zweite Innenschale 14b sind eine nach der anderen in Strömungsrichtung der Abgase im Eintrittsteil bzw. strömungsoberhalb liegenden Teil des Metallmantels 2 angeordnet.
  • Eine dritte Innenschale 14c und eine vierte Innenschale 14d sind nacheinander in Strömungsrichtung der Gase in einem durch die Außenschale 10 abgeschlossenen strömungsunterhalb liegenden Teil des Metallmantels 2 angeordnet. Die die Seitenwand des Metallmantels 2 durchsetzenden Öffnungen 3 sind über die Seitenwand, in einem Mittelteil der Seitenwand, zwischen ihrem strömungsoberhalbseitigen Teil und ihrem strömungsunterhalbseitigen Teil, d.h., zwischen der zweiten und dritten Innenschale 14b und 14c, verteilt.
  • Die erste Außenschale, oder strömungsoberhalbseitige Schale 8, begrenzt mit der ersten Innenschale 14a einen ersten Sammler 15a. Die erste und die zweite Innenschale 14a und 14b begrenzen zwischen sich einen zweiten Sammler 15b. Die dritte und die vierte Innenschale 14c und 14d begrenzen zwischen sich einen dritten Sammler 15c. Die vierte Innenschale 14d und die zweite Außenschale, oder strömungsunterhalbseitige Schale 10, schließlich begrenzen zwischen sich einen vierten Sammler 15d.
  • Wie in den 4C, 4D, 4E und 4F zu sehen, werden die Innenschalen 14a, 14b, 14c und 14d von Befestigungsöffnungen für die Enden der Rohre 12a, 12b und 12c der Abgasleitung durchsetzt.
  • Die Innenschalen 14a, 14b und 14c weisen jeweils eine Durchsetzungs- und Befestigungsöffnung für das Rohr 12a auf. Jede der Innenschalen 14b und 14c weist Durchsetzungs- und Befestigungsöffnungen für das Rohr 12b auf.
  • Schließlich weist jede der Innenschalen 14b, 14c und 14d eine Durchsetzungs- und Befestigungsöffnung für das Rohr 12c auf.
  • Die Rohre 12a, 12b und 12c sind mit ihrem Endteil in den Innenschalen so aufgenommen und fixiert, dass das erste Rohr 12a mit dem einen seiner Enden im Sammler 15a mündet, in dem auch die Abgaseintrittsleitung 4 mündet, und an seinem anderen Ende im Sammler 15c.
  • Das zweite Rohr 12b mündet mit dem einen seiner Enden im Sammler 15b und mit seinem anderen Ende im Sammler 15c. Schließlich steht das dritte Rohr 12c über das eine seine Enden mit dem Sammler 15b und über sein zweites Ende mit dem Sammler 15d in Verbindung, in welchem auch die Auslassleitung 6 für die gekühlten Abgase mündet.
  • In 3 ist in Form einer Zickzacklinie 16 und von Pfeilen der Weg der Abgase im Inneren des Metallmantels 2 des Wärmetauschers zwischen der Gaseintrittsleitung 4 und der Auslassleitung 6 für die gekühlten Abgase dargestellt.
  • Man sieht, dass die durch die Eintrittsleitung 14 in den ersten Sammler 15a geleiteten heißen Abgase nacheinander die Rohre 12a, 12b und 12c in axialer Richtung und über deren gesamte Länge durchströmen, wobei die Abgase vom ersten zum zweiten Rohr im Inneren des dritten Sammlers 15c und vom zweiten zum dritten Rohr 12b, 12c im Inneren des zweiten Sammlers 15b übergehen.
  • Die Gase strömen abwechselnd in der einen und anderen Richtung längs der Axialrichtung der Rohre, die selbst im Wesentlichen parallel zur Axialrichtung des Zylindermantels 2 des Wärmetauschers 1 sind.
  • Zwischen der zweiten Innenschale 14b und der dritten Innenschale 14c steht die Seitenwand der Rohre 12a, 12b und 12c mit atmosphärischer Luft in Berührung, die in den Mantel 2 des Wärmetauschers durch die Öffnungen 3 hindurch eindringen und die durch Konvektion im Inneren des Mittelteils des Mantels 2 in Berührung mit der Außenfläche der Rohre strömen.
  • Die im Inneren der Rohre strömenden Abgase werden also durch Wärmetausch mit strömender atmosphärischer Luft gekühlt.
  • Der Weg der Gase im Mittelteil des Wärmetauschers, der mit der Kühlluft in thermischem Kontakt steht, weist eine Länge auf, die lediglich etwas kürzer als das Dreifache der Länge des Metallmantels 2 ist, wobei die (strömungsoberhalbseitige) erste Endzone des Mantels zwischen den Schalen 8 und 14b und die (strömungsunterhalbseitige) zweite Endzone zwischen den Schalen 14c und 10 eine geringe Länge in axialer Richtung aufweisen können.
  • Die Abgase sind natürlich vollständig von der Kühlluft getrennt; die Schalen und der Metallmantel, der von Öffnungen in seinen Endzonen frei ist, gewährleisten eine vollständig dichten Abschluss der Sammler; die Rohre sind an ihren Enden in dichter Weise in den die Innenschalen durchsetzenden Öffnungen befestigt. In der von der Kühlluft bespülten Mittelzone des Metallmantels 2 weist die Wärmetauschwand der Rohre keine Öffnung auf.
  • Die Vorrichtung gemäß der Erfindung gestattet somit eine Strömung der Abgase in einer von der Kühlluft getrennten, aber einer in thermischem Kontakt damit stehenden Weise längs einer Wegstrecke, die deutlich größer als die Länge des Wärmetauschers in Richtung der Abgasleitung ist.
  • Im Falle eines Wärmetauscher mit drei Innenrohren, wie er gerade beschrieben wurde, ist die Länge des Weges der Gase nur geringfügig geringer als das Dreifache der Länge des Wärmetauschers.
  • Allgemeiner wäre es möglich, die Verwendung irgendeiner Zahl n von Rohren ins Auge zu fassen, die die Gewinnung eines Weges der Abgase in Berührung mit der Kühlluft über eine Länge gestattet, die nur wenig kürzer als das n-fache der Länge der Wärmetauschers ist.
  • In jedem Fall ist es notwendig, einen strömungsoberhalbseitigen Eintrittsammler für die Gase, einen strömungsunterhalbseitigen Auslasssammler für die Gase und Zwischensammler in einer Anzahl vorzusehen, die ausreicht, den Durchtritt der Abgase nacheinander durch jedes der Rohre des Wärmetauschers vorzusehen.
  • Um diese aufeinander folgenden Durchtritte der Gase durch n Rohre des Wärmetauschers zu erreichen, ist es erforderlich, n–1 Sammler zur Zwischenverteilung vorzusehen.
  • Abschließend ist es für eine Wärmetauscher mit n Rohren erforderlich, 2+n–1 = n+1 Verteilungssammler vorzusehen.
  • Zur Ausbildung von n–1 Zwischensammlern ist es andererseits erforderlich, n+1 Innenschalen vorzusehen, wenigstens in dem Fall, bei dem n ungerade ist, was den interessantesten Ausführungsformen insoweit entspricht, als die gekühlten Abgase auf diese Weise direkt zum Ausgangsende des Mantels des Wärmetauschers gelangen.
  • Die verschiedenen Teile des Wärmetauschers, nämlich der Metallmantel, die Eintrittsleitung und die Auslassleitung für die Abgase, die Zirkulationsrohre für die Gase und die Schalen könne aus jedem metallischen Material hergestellt sein, welches eine gute Warmkorrosionsfestigkeit gegenüber den Abgasen und der Kühlluft hat. Diese Elemente können beispielsweise aus aluminiertem Stahl, rostfreiem Stahl oder einer chromhaltigen Nickellegierung sein.
  • Auf Grund der Tatsache, dass die Bestandteile des Wärmetauschers Elemente vom herkömmlichen Typ im Falle der Her stellung von Komponenten der Abgasleitungen sind und dass die Formgebungs- und Montageverfahren für diese Elemente, beispielsweise durch Sicken oder Schweißen, gut beherrschte und erprobte Verfahren bei der Herstellung von Abgasleitungen sind, kann der erfindungsgemäße Wärmetauscher zu vernünftigen Herstellungskosten und unter guten Zuverlässigkeitsbedingungen auf herkömmlichen Fertigungsstraßen hergestellt werden.
  • Ferner lässt sich mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine wirksame Kühlung der Abgase verwirklichen, die große Amplitude haben kann, wobei gleichzeitig ein Wärmetauscher extrem kompakter Form verwendet wird, der leicht in einer Abgasleitung eines Kraftfahrzeuges, beispielsweise im Unterboden des Fahrzeuges untergebracht werden kann. Um die Kühlkapazität des Wärmetauschers zu steigern, kann man die Länge des Gasweges vergrößern, indem man eine größere Anzahl von im Metallmantel des Wärmetauschers angeordneten Rohren verwendet. Die einzige Begrenzung für die Anzahl der Rohre, die eine Vergrößerung der Weglänge der Abgase ermöglichen, wird durch die Maximalzahl von Rohren auferlegt, die sich im Inneren des Mantels (dessen Querschnitt begrenzt ist, damit der Wärmetauscher unter dem Boden des Kraftfahrzeuges untergebracht werden kann) befestigen lassen. Die den Abgasweg bildenden Rohre müssen einen Minimalquerschnitt aufweisen und voneinander im Querschnitt des Metallmantels beabstandet sein, damit Luft, die in den Metallmantel durch die Öffnungen in seiner Seitenwand eintritt und durch Konvektion im Inneren des Metallmantels strömt, in Berührung mit den Rohren strömen kann.
  • Es ist auch möglich, die Kühlkapazität des Wärmetauschers durch Vergrößerung der Anzahl und/oder des Durchmessers der Löcher des Mantels zu vergrößern, was zur Wirkung hat, dass die Zirkulation der Luft um die Rohre durch Konvektion intensiviert wird.
  • Die Erfindung beschränkt sich nicht streng auf die beschriebene Ausführungsform.
  • So kann man, wie weiter oben angegeben, zur Ausbildung des Weges für die Gase im Wärmetauscher ein Anzahl von Rohren verwenden, die größer als drei ist, wobei die Zahl n von Rohren vorzugsweise ungerade sein kann.
  • Man kann auch komplementäre Schalen vorsehen, beispielsweise um das mechanische Verhalten des Wärmetauschers zu verbessern; insbesondere können komplementäre Schalen verwendet werden, um ein besseres Festhalten der Eintritts- und Austrittsrohre zu gewährleisten. Es kann auch nützlich sein, einen oder mehrere Balge einem oder mehreren Rohren zuzuordnen, um die Differentialwärmeausdehnung der Rohre zu kompensieren, was auch die Widerstandsfähigkeit der Vorrichtung verbessert.
  • Man kann auch, um die Abgase von einem Rohr zum nächsten im Sinne des Weges der Gase überzuleiten, Sammler verwenden, die andere Formen haben als die beschriebenen, wobei diese Sammler durch unterschiedliche Schalenwände begrenzt sind. Wie weiter oben angegeben, ermöglicht die Verwendung von Schalen, im Rahmen der herkömmlichen Herstellung eines Elements einer Abgasleitung für Kraftfahrzeuge zu verbleiben. Man könnte ggf. gekrümmte Sammler oder Ablenker verwenden, die die Enden der Rohre im Inneren des Mantels verbinden, oder auch jede andere Form von Sammler oder Ablenkungsvorrichtung für die Abgase.
  • Der äußere Metallmantel des Wärmetauschers kann durch Tiefziehen, insbesondere Tiefziehen von zwei Halbschalen, die nachfolgend verbunden werden, hergestellt werden.
  • Der erfindungsgemäße Wärmetauscher kann in einer Abgasleitung für Kraftfahrzeuge an irgendeiner Stelle zwischengeschaltet werden, wo es erforderlich ist, die die Rohre des Motors des Kraftfahrzeuges verlassenden Abgase zu kühlen. Vorzugsweise kann der Wärmetauscher gemäß der Erfindung strömungsoberhalb einer Behandlungsvorrichtung für die Gase, beispielsweise einer Vorrichtung zur Reinigung der Abgase durch katalytische Oxidation, angeordnet werden.
  • Die Erfindung ist auf jede Art von Kraftfahrzeug anwendbar, bei der es notwendig ist, die Temperatur der Abgase an irgendeinem Ort einer Abgasleitung des Fahrzeugs abzusenken.

Claims (8)

  1. Wärmetauscher zur Kühlung des Abgases eines Kraftfahrzeugs, bestimmt zur Zwischenschaltung in der Abgasleitung des Fahrzeugs und mit wenigstens einer Anzahl von Rohren (12a, 12b, 12c) in Berührung über ihre Außenwand mit der Kühlluft, in welchem ein Strömen der Abgase herbeigeführt wird, mit einem Außenmantel (2) aus Blech im Wesentlichen zylindrischer Form, welcher eine von Öffnungen (3) durchsetzte Seitenwand aufweist, in der Rohre der Anzahl von Rohren (12a, 12b, 12c) durch Haltemittel (14a, 14b, 14c, 14d) in im Wesentlichen parallelen Anordnungen im Inneren des Außenmantels (2) festgelegt sind, einer Zuführleitung (4) für das Abgas in den Mantel (2) des Wärmetauschers (1), die mit der Abgasleitung (5, 5') strömungsoberhalb des Wärmetauschers (1) verbunden ist, einer Auslassleitung für das Abgas (6), die mit der Abgasleitung (5, 5') strömungsunterhalb des Wärmetauschers (1) verbunden ist, und Verteilungsmitteln für das Abgas (15a, 15b, 15c, 15d), die Inneren des Mantels (2) des Wärmetauschers (1) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Verteilungsmittel (15a, 15b, 15c, 15d) für das Abgas, die es gestatten, das Abgas von der Zuführleitung (4) zur Auslassleitung (6) längs eines Weges durchzulassen, der nacheinander in axialer Richtung jedes der Rohre der Anzahl von Rohren (12a, 12b, 12c) längs ihrer gesamten Länge durchsetzt, durch Sammler gebildet sind, die im Inneren des Metallmantels (2) des Wärmetauschers (1) durch zwei axiale Endschalen bzw. Außenschalen (8, 10), die in Querrichtung angeordnet sind und die axialen Enden des Metallmantels (2) des Wärmetauschers (1) abschließen, und durch eine Anzahl von Innenschalen (14a, 14b, 14c, 14d) begrenzt sind, die jeweils über den gesamten Innenquerschnitt des Metallmantels (2) im Abstand von den axialen Enden des Metallmantels (2) des Wärmetauschers (1) angeordnet sind und jeweils von mindestens einer Durchtritts- und Fixieröffnung für ein Rohr der Anzahl von Rohren durchsetzt sind, wobei jedes der Rohre der Anzahl von Rohren (12a, 12b, 12c) an einem seiner Enden in einer ersten Innenschale und an seinem zweiten Ende in einer zweiten Innenschale festgelegt ist, wobei jeder der Sammler (15a, 15b, 15c, 15d) innerhalb der Seitenwand des Metallmantels (2) durch eine erste Schale, die eine Außenschale oder eine Innenschale sein kann, und durch eine zweite Schale, die eine Innenschale ist, begrenzt ist.
  2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass die Anzahl von Rohren (12a, 12b, 12c) drei Rohre (12a, 12b, 12c) aufweist, und durch vier Sammler (15a, 15b, 15c, 15d), die im Metallmantel (2) des Wärmetauschers begrenzt sind, wobei ein erster Sammler (15a) zwischen einer Außenschale (8), die von der in den Sammler (15a) mündenden Zuführleitung (4) für das Abgas durchsetzt wird, und einer ersten Innenschale (14a) begrenzt ist, ein zweiter Sammler (15b) zwischen einer ersten Innenschale (14a) und einer zweiten Innenschale (14b), die in einer ersten Endzone des Metallmantels (2) auf Seite der Abgaszuführleitung (4) angeordnet sind, begrenzt ist, ein dritter Sammler (15c) zwischen einer dritten Innenschale (14c) und einer vierten Innenschale (14d) in einer zweiten Endzone des Metallmantels (2) auf Seite der Abgasauslassleitung (6) bestimmt ist, und ein vierter Sammler (15d) durch eine vierte Innenschale (14d) und die von der Abgasauslassleitung (6) durchsetzte zweite Außenschale (10) begrenzt ist, wobei ein erstes Rohr (12a) der Anzahl von Rohren (12a, 12b, 12c) an einem seiner Enden die erste Schale (14a) und die zweite Schale (14b) und an seinem anderen Ende die dritte, innere Schale (14c) durchsetzt, derart, dass es an dem einen seiner Enden im ersten Sammler (15a) und an seinem zweiten Ende im dritten Sammler (15c) mündet, wobei ein zweites Rohr (12b) der Anzahl von Rohren (12a, 12b, 12c) an dem einen seiner axialen Enden die zweite, innere Schale (14b) und an seinem zweiten axialen Ende die dritte, innere Schale (14c) durchsetzt, derart, dass es an seinem ersten Ende in dem zweiten Sammler (15b) und an seinem zweiten Ende in dem dritten Sammler (15c) mündet, wobei das dritte Rohr (12c) der Gesamtheit der Rohre (12a, 12b, 12c) an dem einen seiner Enden die zweite, innere Schale (14b) und an seinem zweiten axialen Ende die dritte, innere Schale (14c) und die vierte Innenschale (14d) durchsetzt, derart, dass es an dem einen seiner Enden im zweiten Sammler (15b) und an seinem zweiten Ende in dem vierten Sammler (15d) mündet.
  3. Wärmetauscher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen (3) in der Seitenwand des Metallmantels (2) des Wärmetauschers (1) zwischen der zweiten und dritten Innenschale (14b, 14c) liegen, wobei die ersten und zweiten Endzonen des Metallmantels (2) des Wärmetauschers (1) keine Öffnung aufweisen.
  4. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl von Rohren (12a, 12b, 12c) n Rohre, wobei n ungerade ist, n+1 Sammler (15a, 15b, 15c, 15d), die durch zwei äußere axiale Endschalen (8, 10) des Metallmantels (2) begrenzt sind, und n+1 Innenschalen (14a, 14b, 14c, 14d) aufweist.
  5. Wärmetauscher nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt des Metallmantels (2), die Außenschalen (8, 10) und die Innenschalen (14a, 14b, 14c, 14d), die aus planem Metallblech hergestellt sind, eine längliche Form, beispielsweise elliptische oder komplexere Form aufweisen, damit der Wärmetauscher (1) unter einem Wagenboden aufgenommen werden kann.
  6. Wärmetauscher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgaszuführleitung (4) und die Abgasauslassleitung (6) und die Rohre (12a, 12b, 12c) der Anzahl von Rohren kreisförmigen oder länglichen und beispielsweise elliptischen Querschnitt aufweisen, wobei die Öffnungen, die die Außenschalen (8, 10) und Innenschalen (14a, 14b, 14c, 14d) durchsetzen, entsprechende Form haben, um so Leitungen (4, 6) und Rohre der Anzahl von Rohren (12a, 12b, 12c) praktisch ohne Spiel zu erfassen.
  7. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenmantel (2) aus Metallblech durch Tiefziehen und insbesondere durch Tiefziehen und Anbringen von zwei Halbschalen hergestellt ist.
  8. Wärmetauscher nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Gebläse wenigstens einem der Rohre (12a, 12b, 12c) zugeordnet ist, um thermische Differenzdilatationen der Rohre (12a, 12b, 12c) auszugleichen.
DE60017452T 1999-11-22 2000-11-21 Wärmetauscher zum kühlen der abgase eines kraftfahrzeuges Expired - Lifetime DE60017452T2 (de)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR9914662A FR2801341B1 (fr) 1999-11-22 1999-11-22 Echangeur de chaleur pour le refroidissement de gaz d'echappement d'un vehicule automobile
FR9914662 1999-11-22
PCT/FR2000/003235 WO2001038702A1 (fr) 1999-11-22 2000-11-21 Enchangeur de chaleur pour le refroidissement de gaz d'echappement d'un vehicule automobile

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE60017452D1 DE60017452D1 (de) 2005-02-17
DE60017452T2 true DE60017452T2 (de) 2005-12-22

Family

ID=9552383

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE60017452T Expired - Lifetime DE60017452T2 (de) 1999-11-22 2000-11-21 Wärmetauscher zum kühlen der abgase eines kraftfahrzeuges

Country Status (7)

Country Link
US (1) US6973959B1 (de)
EP (1) EP1232333B1 (de)
JP (1) JP2003519310A (de)
AT (1) ATE287030T1 (de)
DE (1) DE60017452T2 (de)
FR (1) FR2801341B1 (de)
WO (1) WO2001038702A1 (de)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2850452B1 (fr) * 2003-01-24 2005-04-08 Faurecia Sys Echappement Echangeur de chaleur pour ligne d'echappement de vehicule automobile
US7628012B2 (en) * 2007-10-12 2009-12-08 International Truck Intellectual Property Company, Llc Exhaust temperature reduction device for aftertreatment devices
US7762064B2 (en) * 2006-10-20 2010-07-27 Ford Global Technologies, Llc Exhaust system for an engine
WO2010098988A2 (en) * 2009-02-26 2010-09-02 Emcon Technologies Llc Temperature and flow control of exhaust gas for thermoelectric units
EP3164656A1 (de) * 2014-07-01 2017-05-10 Linde Aktiengesellschaft Block-in-shell wärmeübertrager
CN110578583B (zh) * 2019-10-17 2021-06-08 威海鸣川汽车技术有限公司 一种汽车尾气处理用净化器

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3127200A (en) * 1964-03-31 Sayag
US929656A (en) * 1908-12-03 1909-08-03 Andrew S Coles Muffler.
FR617828A (fr) * 1925-10-30 1927-02-26 Appareil d'echappement pour moteurs à combustion interne
US1681256A (en) * 1925-11-30 1928-08-21 Pines Winterfront Co Automobile heater
US1762465A (en) * 1926-01-25 1930-06-10 Metalcraft Heater Corp Combined muffler and heater for vehicles
US1882085A (en) * 1931-04-04 1932-10-11 Herman Nelson Corp Radiator
US1913573A (en) * 1932-01-11 1933-06-13 John B Turner Radiator
FR783570A (fr) * 1934-03-22 1935-07-16 Silencieux pour moteurs à combustion interne
US2200397A (en) * 1938-11-12 1940-05-14 Fredric H Monson Heat exchange device
US3605389A (en) * 1969-03-24 1971-09-20 Walhamlin Inc Auto exhaust treating means
GB1377501A (en) * 1971-01-09 1974-12-18 Shaw Ltd Gilbert Method and apparatus for reducing atmospheric pollution
FR2499151B1 (fr) * 1981-02-02 1985-12-13 Peugeot Cycles Coupelle de fermeture pour silencieux d'echappement automobile et silencieux comportant une telle coupelle
AT392328B (de) * 1988-05-06 1991-03-11 Haering Ursel Reinigungsanlage fuer abgase
US5048287A (en) * 1988-08-15 1991-09-17 Arvin Industries, Inc. Tuned exhaust processor assembly
US5314009A (en) * 1992-10-08 1994-05-24 Gas Research Institute Exhaust gas recuperator
JPH1113551A (ja) * 1997-06-23 1999-01-19 Isuzu Motors Ltd Egrクーラ

Also Published As

Publication number Publication date
EP1232333A1 (de) 2002-08-21
FR2801341B1 (fr) 2002-02-15
FR2801341A1 (fr) 2001-05-25
JP2003519310A (ja) 2003-06-17
EP1232333B1 (de) 2005-01-12
DE60017452D1 (de) 2005-02-17
ATE287030T1 (de) 2005-01-15
WO2001038702A1 (fr) 2001-05-31
US6973959B1 (en) 2005-12-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE60011616T2 (de) Wärmetauscher mit mehrkanalrohren
EP1428743B1 (de) Heckverkleidungsteil mit einer daran befestigten Abgasendrohrblende
DE102005042908A1 (de) Rippenstruktur und Wärmeübergangsrohr mit der darin untergebrachten Rippenstruktur
DE1604113B1 (de) Geraet zur Luftbefeuchtung
DE2928014A1 (de) Waermetauscher und damit ausgeruestete thermoelektrische einrichtungen
DE19702367A1 (de) Auspuffkrümmer
DE60017452T2 (de) Wärmetauscher zum kühlen der abgase eines kraftfahrzeuges
DE60018201T2 (de) Vorrichtung zur selektiven kühlung von abgas eines kraftfahrzeugmotors
DE3014506A1 (de) Waermeaustauscher mit einem spiralenfoermigen raum fuer den waermeaustausch zwischen wenigstens zwei medien
DE102005048838A1 (de) Wärmetauscher
EP1748271B1 (de) Rippen/Rohrblock für einen Wärmeübertrager
EP3499145A1 (de) Vorrichtung zur temperierung eines raumes
CH656696A5 (de) Verfahren und vorrichtung zum intensiven waerme- und/oder stoffaustausch, insbesondere in oefen.
DE4415129C1 (de) Klimaanlage zur Aufdachmontage bei einem Fahrzeug
DE3109558A1 (de) Waermetauscher zur kuehlung eines stroemungsmittels mit hoher temperatur
DE3045731A1 (de) Waermetauscher
EP3239641A1 (de) Flachrohr für einen wärmeübertrager
DE19813069B4 (de) Anordnung von Wärmeübertragern, insbesondere in einem Kraftfahrzeug
EP0994322A2 (de) Wärmetauscher mit einem Verbindungsstück
EP1553363B1 (de) Heiz- bzw. Kühlkörper-Verteileranordnung
DE855415C (de) Waermeaustauscher
DE2034353A1 (de) Mit Lochern versehene Anordnungen
DE1129975B (de) Waermeaustauscher aus Wabenwerkstoff und dazwischen angeordneten Rohren, deren Achse senkrecht zu den Wabenachsen steht
EP3499167B1 (de) Vorrichtung zum temperieren eines raumes sowie verfahren zu deren herstellung
DE2627960C2 (de) Wärmeaustauscher für einen staub- und wasserdicht gegen die Umgebung abgeschlossenen Schrank

Legal Events

Date Code Title Description
8364 No opposition during term of opposition
8320 Willingness to grant licences declared (paragraph 23)