EP2972047A1 - Kühler - Google Patents

Kühler

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Publication number
EP2972047A1
EP2972047A1 EP14707782.0A EP14707782A EP2972047A1 EP 2972047 A1 EP2972047 A1 EP 2972047A1 EP 14707782 A EP14707782 A EP 14707782A EP 2972047 A1 EP2972047 A1 EP 2972047A1
Authority
EP
European Patent Office
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gas
liquid
cooler
cooler according
liquid separator
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP14707782.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Harald Rieger
Hartmut Sauter
Hartmut Sohla
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.)
Mahle International GmbH
Original Assignee
Mahle International GmbH
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Filing date
Publication date
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Publication of EP2972047A1 publication Critical patent/EP2972047A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F28F17/005—Means for draining condensates from heat exchangers, e.g. from evaporators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/005—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for draining or otherwise eliminating condensates or moisture accumulating in the apparatus
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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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    • F02M26/28—Layout, e.g. schematics with liquid-cooled heat exchangers
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    • F28F2265/22—Safety or protection arrangements; Arrangements for preventing malfunction for draining
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the present invention relates to a cooler for cooling a gas flow, in particular an exhaust gas recirculation cooler for cooling recirculated exhaust gas.
  • the invention also relates to a use of such a cooler.
  • a cooler usually comprises a radiator block which has a gas path through which the gas flow can flow and a coolant path through which a coolant can flow, which are thermally coupled to one another in a media-separated manner.
  • exhaust gas recirculation in which exhaust gas from an exhaust system is externally supplied to a fresh air system to mix the recirculated exhaust gas with the fresh air upstream of combustion chambers of an internal combustion engine.
  • EGR exhaust gas recirculation
  • HP-EGR high-pressure exhaust gas recirculation
  • LP-EGR low-pressure exhaust gas recirculation
  • the compressor and turbine subdivide the fresh air system and the exhaust system into a high-pressure area and a low-pressure area.
  • the fresh air side low pressure region extends upstream of the compressor.
  • the fresh-air-side high-pressure region extends downstream of the compressor.
  • the exhaust side low pressure region extends downstream of the turbine.
  • the exhaust gas-side high-pressure region extends upstream of the turbine.
  • High-pressure exhaust gas recirculation (HD-EGR) thus takes place upstream of the turbine and downstream of the turbine Compressor.
  • LP EGR low-pressure exhaust gas recirculation
  • the exhaust gas may contain water in the form of water vapor, which may be produced by the combustion processes. Also may be contained in the sucked from the environment fresh air water in the form of water vapor.
  • the recirculated exhaust gas is usually cooled by means of an exhaust gas recirculation cooler, for example, to increase the mass flow of fresh air.
  • the recirculated exhaust gas can cool below the dew point of water, as a result of which condensation can occur, so that liquid water is obtained. This can form drops that can damage downstream following components. Both mechanical and corrosive damage is possible.
  • a compressor wheel which rotates in the compressor at high speed, is exposed by the collision with droplets of increased risk of damage. Furthermore, condensate can precipitate and freeze in adverse environmental conditions. Again, in particular, the compressor wheel is exposed to increased risk.
  • EGR coolers which can be integrated into a low-temperature cooling circuit (NT cooling circuit) for a particularly high cooling capacity, ie in particular in a liquid cooling circuit, preferably a conventional engine cooling circuit.
  • NT EGR coolers can be used, in particular in commercial vehicles, in the HD range or in the LP range, so that it is then NT-HD AGR cooler or NT-ND EGR cooler.
  • the exhaust gas may contain, besides the water vapor, various combustion residues which are present in particulate form. In particular, the combustion residues may contain carbon black, mineral components, ceramic particles or silicates.
  • Coolers of the type mentioned can also be used in buildings, in particular for air conditioning of the room air. Further possible uses of such coolers are, for example, battery cooling, e.g. in electric vehicles, or in connection with an air supply of fuel cells.
  • the respective gas flow may, in addition to liquids or condensate, also include solids, e.g. Dust, silicates (e.g., sand) or organic matter.
  • the present invention is concerned with the problem, for a cooler of the type mentioned, which may be designed in particular as exhaust gas recirculation cooler, to provide an improved embodiment or a novel use, which is characterized in that the risk of damage in the event of condensation Components is reduced.
  • the invention is based on the general idea of equipping the cooler with a liquid separator. With the aid of such a liquid separator, liquid can be separated from the gas flow, so that the gas flow emerging from the cooler contains no or only a reduced amount of liquid. Consequently, the risk of damage is reduced subsequent components.
  • the liquid separator is arranged on an outlet side of the gas path on the radiator block. This ensures that as much liquid as possible can be captured by the liquid separator, which accumulates within the gas path. Liquid, which precipitates in the gas path upstream of the outlet side, is transported by the gas flow in the direction of the outlet side and thus fed to the liquid separator.
  • the liquid separator may have a gas channel which has a channel cross-section through which the gas flow can pass and which is largely blocked by at least one deposition structure through which the gas flow can flow. Since the deposition structure completely or at least substantially obstructs the channel cross-section, the gas flow is forced to flow through the deposition structure. As a result, entrained liquid and / or solid impurities can accumulate on the deposition structure and be separated from the gas flow.
  • a collecting duct to the channel cross-section, which extends transversely to the gas channel, which is open to the gas channel and which is arranged so that a drip edge of the at least one deposition structure in the direction of gravity adjacent thereto.
  • the deposited impurities can be removed particularly easily from the deposition structure.
  • the respective drip edge is arranged outside the channel cross section of the gas channel and for this purpose within the collecting channel, whereby the dripping of the deposited impurities is improved in the collecting channel.
  • a drain line is connected to the collection channel to dissipate the deposited impurities, for example to a memory.
  • a drain line is connected to the collection channel to dissipate the deposited impurities, for example to a memory.
  • a drain line is connected to the collection channel to dissipate the deposited impurities, for example to a memory.
  • a drain line is connected to the collection channel to dissipate the deposited impurities, for example to a memory.
  • a drain line is connected to the collection channel to dissipate the deposited impurities, for example to a memory.
  • the respective deposition structure may be formed by a hydrophobic tissue.
  • a metal mesh e.g. made of steel or stainless steel.
  • ceramic fabrics are also conceivable.
  • a simplified structure results when the respective deposition structure is arranged on a carrier which extends transversely through the channel cross section.
  • the respective deposition structure itself can be relatively limp, which allows the use of materials and structures which have relatively low flow resistances and / or high separation effects.
  • the liquid separator may include a housing that contains the gas channel and that is attached to the radiator block.
  • the liquid separator represents a separate assembly, which can be particularly easy to grow on the radiator block as needed.
  • the gas path in the radiator block can have a plurality of wall surfaces, on which a liquid film can form.
  • the liquid separator then expediently immediately adjoins a gas-end-side end face of the radiator block which has the wall surfaces and conducts the liquid film therefrom.
  • the liquid separator serves primarily to receive and discharge the liquid film flowing along the wall surfaces, so that droplet formation in the gas stream can be avoided.
  • the liquid Separators also already deposited in the gas stream entrained droplets that can form, for example, already within the cooler.
  • the liquid separator may have webs which connect directly to the gas outlet side end face of the radiator block and direct the liquid film to a collecting structure of the liquid separator. With the aid of these webs is achieved that the liquid film, which can not flow along the gas outlet side end face of the radiator block along this end side due to gravity, but strikes the webs and is forwarded by them to the collecting structure.
  • the wall surfaces on which the liquid film is formed delimit individual gas passages in the radiator block, which can be arranged adjacent to one another, in particular, in the direction of the gravitational force. If a liquid film on a wall surface emerges from such a gas channel, gravity drives it in the direction of the next underlying gas channel. There, drops could form and be taken away by the gas flow. Since such a flow to the next gas channel can be prevented with the aid of the webs, droplet formation in the gas flow can thereby also be avoided efficiently.
  • the liquid separator may have a plate body which extends transversely to the gas flow, has gas passages aligned with gas outlet openings of the cooler block and from which the webs project.
  • the aforementioned gas ducts have the exit openings of the radiator block on the outlet side.
  • the fiber structure can have any structure suitable for receiving liquid, in particular also a hydrophobic structure.
  • the plate body may have a hydrophilic fiber structure that receives the liquid film.
  • the liquid separator may have Ableitspalte that connect transversely to the gas flow direction directly to the gas-side outlet ends of the wall surfaces, so that the liquid film from the respective wall surface can enter into the respective discharge gap and is derivable therein.
  • the discharge gaps ensure that the respective liquid film can flow away from the region of the gas flow transversely to the gas flow.
  • the respective liquid film can enter the respective discharge gap due to gravity.
  • it may be provided to dimension the respective discharge gap so that capillary forces suck in and discharge the liquid film into the discharge gap.
  • the Ableitspalte which extend transversely to the gas flow direction, are thus dimensioned parallel to the gas flow direction relatively small in order to use the capillary forces can.
  • the capillary forces cause a particularly efficient suction of the liquid film, without additional energy-consuming measures are required.
  • the liquid separator may have a fiber structure which adjoins the respective discharge gap and / or is arranged in the respective discharge gap.
  • the fiber structure can have any structure suitable for receiving and discharging liquid, in particular also a hydrophobic structure. However, it is preferably a hydrophilic fiber structure. The fibrous structure absorbs the liquid film and can pass it within the liquid separator.
  • the liquid separator may comprise a plate body which extends transversely to the gas flow, which has aligned through openings to gas outlet openings of the radiator block and which has a protruding web structure, which abut directly on the gas outlet side end face of the radiator block, so that the Ableitspalte by the gas outlet-side end face and a cooler block facing the inside of the plate body are limited.
  • the liquid separator is completed only by the attachment of the plate body on the radiator block and functional.
  • the liquid separator may have a fiber structure which extends completely over a gas outlet-side end side of the radiator block, which can be traversed by the gas flow and receives and discharges the liquid emerging from the gas path.
  • the fiber structure can have any structure suitable for receiving and discharging liquid, in particular also a hydrophobic structure. However, it is preferably a hydrophilic fiber structure.
  • the liquid separator has an extremely simple structure, which can be realized particularly inexpensively.
  • the fiber structure is arranged in the gas flow direction spaced from the radiator block. This ensures that the fiber structure provides substantially more volume that can be flowed through than with an arrangement of the fiber structure directly on the radiator block. As a result, the flow resistance of the fiber structure can be significantly reduced.
  • the fiber structure may be a single-layer or multi-layer fabric or knit. This may be a ceramic or a metallic fiber structure. Likewise, a fiber structure made of plastic can be used.
  • the liquid separator can have a store for separated liquid and an evaporator for evaporating the separated liquid.
  • the memory can be emptied again.
  • the fact is taken into account that a condensate formation in the radiator, especially when used as a low-pressure side exhaust gas recirculation cooler, only under certain environmental conditions or operating conditions, while in many other environmental conditions or operating conditions no condensation occurs.
  • operating conditions and environmental conditions prevailing in which even an evaporation of water is possible.
  • the memory can thus be collected for phases in which condensate accumulates, the separated condensate.
  • the evaporator With the help of the evaporator can then in phases, in which an evaporation of the condensate is possible, the memory to be emptied again. In this way, can be dispensed with an elaborate dissipation of the condensate in the environment.
  • the reservoir can optionally be equipped with an overflow to ensure the functionality of the liquid separator even when the storage tank is full.
  • the memory may be equipped with baffles or with a surge structure.
  • the dynamics of driving within the memory can accelerate the liquid, which can cause waves in the memory, which can cause the memory to spill over.
  • stored liquid could be returned to the gas flow via the discharge structure.
  • Swell structure counteracts the formation of waves, which also spilling over can be avoided.
  • the evaporator can be temperature-controlled depending on the temperature of the gas flow downstream of the radiator block. This ensures that the evaporation is actively operated only at temperatures in the gas stream above the evaporation temperature of the water.
  • the evaporator may be a type of wick.
  • the wick due to capillary forces, promotes the separated water from the reservoir to a wick end exposed to the gas flow. At sufficient gas temperature it comes at the wick end to the desired evaporation of the liquid. A detachment of droplets, however, is not expected due to the high capillary forces in the wick.
  • the evaporator may operate with a pump which supplies the liquid from the reservoir to an evaporation surface during an evaporation operation, that is, at a sufficient gas temperature.
  • a heater in the memory, with the help of which the liquid stored therein can be evaporated.
  • the heater may be electrically operated, for example. It is likewise possible to realize the heating device by means of at least one so-called heat pipe which, for example, couples a bottom of the accumulator to the radiator block in order to transfer heat from the radiator block to the bottom of the accumulator.
  • the evaporator for example, work with a suction jet pump, wherein the gas flow in a Venturi nozzle of the suction jet pump generates the negative pressure for sucking the liquid from the memory.
  • the evaporator may have corresponding valves in order to be able to actively control a supply of the liquid to the gas flow.
  • the evaporator may deliver the separated liquid to vaporize the fibrous structure which during the deposition phase serves to receive the liquid from the gas flow or liquid film from the cooler block.
  • the present invention also relates to an exhaust gas recirculation cooler and an exhaust gas recirculation system with such exhaust gas recirculation cooler.
  • the present invention also relates to an internal combustion engine with such an exhaust gas recirculation system.
  • the gas recirculation cooler in a low-pressure exhaust gas recirculation of a supercharged internal combustion engine for use.
  • Fig. 1 is a greatly simplified schematic diagram of a schematic
  • Fig. 3 is an axial view of the liquid separator according to a
  • Detail III in Fig. 2, 4 is an isometric view of a plate body of the liquid separator
  • FIG. 5 is a sectional view as in Fig. 2, but in another embodiment,
  • FIG. 6 is a sectional view as in Figures 2 and 5, but in a further embodiment,
  • Fig. 8 is an axial view of the liquid separator at another
  • FIG. 9 shows an axial section of the liquid separator from FIG. 8 according to FIG.
  • FIG. 10 is an enlarged cross-sectional view of the liquid separator of FIGS. 8 and 9, but with a deposition structure corresponding to section lines X in FIG. 9.
  • an internal combustion engine 1 includes an engine block 2 having a plurality of combustion chambers 3, a fresh air system 4 for supplying fresh air to the combustion chambers 3, an exhaust system 5 for discharging exhaust gas from the combustion chambers 3, and an exhaust gas recirculation system 6 for returning exhaust gas from the exhaust system 5 to the fresh air system 4.
  • the fresh air system 4 includes a fresh air filter 7, a compressor 8 of an exhaust gas turbocharger 9, a charge air cooler 10 and a throttle device 1 1, for example in the form of a throttle valve.
  • the intercooler 10 is connected to a cooling circuit 12.
  • the exhaust system 5 includes a turbine 13 of the exhaust gas turbocharger 9, which is connected via a drive shaft 14 to the compressor 8. Furthermore, the exhaust system 5 includes a catalyst 15 and a throttle device 16, for example in the form of a storage flap.
  • the exhaust gas recirculation system 6 includes an exhaust gas recirculation valve 17 and an exhaust gas recirculation cooler 18, which is connected to a cooling circuit 19.
  • a removal point 20 of the exhaust gas recirculation system 6 is arranged here downstream of the turbine 13 on the exhaust system 5.
  • An introduction point 21 of the exhaust gas recirculation system 6 is arranged upstream of the compressor 8 on the fresh air system 4. Accordingly, this is a low-pressure exhaust gas recirculation.
  • the cooling circuit 12 of the charge air cooler 10 and / or the cooling circuit 19 of the exhaust gas recirculation cooler 18 may be coupled to an engine cooling circuit 22. It can also be a separate cooling circuit.
  • the exhaust gas recirculation cooler 18, which is also referred to below generally as “cooler 18", according to the figures 1 to 6 comprises a cooler block 23 and a liquid separator 24 for separating liquid from a gas flow 25 which flows through the cooler block 23.
  • the liquid separator 24 is arranged on a gas side exit side 26 of the radiator block 23.
  • the radiator block 23 has a gas flow path 27 through which the gas flow can flow, which is indicated by arrows in FIGS. 2, 5, 6 and 7. Furthermore, the radiator block 23 includes a recognizable in Figure 1 coolant path 28, which is traversed by a preferably liquid coolant.
  • the coolant path 28 and the gas path 27 are thermal but media separated coupled together. Accordingly, the coolant path may remove heat from the gas path.
  • the gas path 27 in the radiator block 23 may contain a plurality of gas channels 29, which are bounded laterally by wall surfaces 30.
  • a liquid film 31 can form on these wall surfaces 30 under appropriate boundary conditions, namely by condensation of water vapor carried in the gas flow 25. This precipitate on the wall surfaces 30 then forms the liquid film 31, which emerges driven by the gas flow 25 from the gas channels 29.
  • the liquid separator 24 is connected directly to a gas outlet-side end face 32 of the radiator block 23, which coincides here with the outlet side 26 of the gas path 27.
  • the liquid separator 24 can discharge the liquid film 31.
  • the liquid separator 24 may have webs 33 which directly adjoin the gas outlet-side end face 32 of the radiator block 23.
  • the webs 33 lead the liquid film 31 emerging from the gas channels 29 to a collecting structure 34 of the liquid separator 24.
  • the accumulated liquid according to FIG. 3 can be deflected laterally along the webs 33 transversely to the gas flow direction 35 and then along the collecting structure 34, for example downwards be dissipated.
  • the liquid separator 24 may include a plate body 36 extending transversely to the gas flow direction 35.
  • the plate body 36 has a plurality of through openings 37, which in terms of number, arrangement and dimensioning complementary to gas side outlet openings 38 of the heat sink 23 are designed. Accordingly, the passage openings 37 are arranged with respect to the gas flow direction 35 axially aligned with the outlet openings 38.
  • the plate body 36 may have a hydrophilic fiber structure 39, which is indicated purely by way of example in Figure 4 on the right edge side of the plate body 36. It is clear that in principle the entire cooler block 23 facing the inner side 40 of the plate body 36 may be provided with such a fiber structure 39.
  • the fiber structure 39 is configured so that it can receive the liquid film 31.
  • FIG. 5 shows another embodiment of the liquid separator 24, in which discharge gaps 41 are formed, which extend transversely to the gas flow direction 35 and thereby directly adjoin the gas-side outlet ends 42 of the wall surfaces 30.
  • the respective liquid film 31 can enter from the respective wall surface 30 into the respective discharge gap 41, the respective liquid film 31, which enters such a discharge gap 41, being diverted in the discharge gap 41.
  • a gap width 43 is dimensioned so that capillary forces arise which suck the liquid film 31 into the discharge gap 41 and effect a discharge of the liquid in the discharge gap 41.
  • liquid can collect at the respective outlet end 42 of the wall surface 30 in an inlet region 44 of the respective discharge gap 41 liquid transported with the liquid film 31 until it is sucked into the discharge gap 41 by the capillary forces and discharged thereinto.
  • the liquid separator 24 may have a hydrophilic fiber structure 45, which may be arranged as in the example of Figure 5 within the respective discharge gap 41. It is also possible that the respective discharge gap 41 with its capillary action leads to such a fiber structure 45.
  • the liquid separator 24 in this embodiment also have a plate body 46 which extends transversely to the gas flow 25, which has through openings 47 aligned with the gas-side outlet openings 38 of the cooler block 23 and which has a web structure 48 protruding from the plate body 46.
  • the web structure 48 comprises a plurality of webs 49, each of which abuts directly on the gas outlet-side end face 32 of the radiator block 23. In this way, the Ableitspalte 41 on the one hand by the gas outlet side end face 32 and on the other hand by a cooler block 23 facing the inner side 50 of the plate body 46 is limited.
  • the liquid separator 24 can also be formed by means of a hydrophilic fiber structure 51, which extends completely over the outlet-side end face 32 of the radiator block 23.
  • the fibrous structure 51 can be traversed by the gas flow 25 and configured so that it can receive and discharge the liquid emerging from the gas path 27.
  • the fiber structure 51 is arranged at a distance from the exit-side end face 32 of the radiator block 23 in the gas flow direction 35. As a result, the entire surface of the fiber structure 51 is available for the flow and flow through the gas flow 25, whereby the flow resistance of the fiber structure 51 is reduced.
  • the fibrous structure 51 may be a ceramic or metallic knit or knit.
  • the fiber structure 51 may be single-layered or multi-layered.
  • FIGS. 6 and 7 a three-layer fiber structure 51 is indicated.
  • the liquid separator 24 is equipped with a reservoir 52 which can store the separated liquid. Accordingly, the respective liquid separator 24 may be configured to supply the separated liquid to this reservoir 52.
  • a memory 52 may be implemented in all embodiments shown here.
  • FIG. 7 shows an evaporator 53, with the aid of which the separated liquid can be evaporated from the accumulator 52. In operating phases in which condensate accumulates, this can be stored in the memory 52. In operating phases in which liquid can be evaporated, the memory 52 can be emptied again with the aid of the evaporator 53.
  • the accumulator 52 has an overflow 54, which can be controlled by a suitable valve 55.
  • a surge structure 56 is also arranged in the accumulator 52, for example in the form of a grid, which ensures that waves that may arise in the accumulator 52 during operation of a vehicle equipped with the internal combustion engine 1 do not cause the accumulators to overflow Can lead liquid.
  • the evaporator 53 is suitably temperature-controlled, depending on the temperature of the gas flow 25 downstream of the radiator block 23.
  • the evaporator 53 may have a wick, which promotes liquid according to Figure 7 to a gas flow 25 exposed area.
  • a heat pipe 57 to evaporate liquid from the accumulator 52.
  • the evaporator 53 may expediently be configured such that it feeds the separated liquid back to the fibrous structure 51 for evaporation. This can be done according to Figure 7 so that the evaporator 53 promotes the liquid into the region of the gas flow 25, such that there can detach droplets, which are collected and vaporized in the fiber structure 51.
  • a region is indicated in which the gas flow 25 contains water vapor.
  • the liquid separator 24 may have in a separate housing 58 a gas channel 59 which has a channel cross-section 60 through which the gas flow 25 can flow.
  • the channel cross section 60 is now largely, preferably completely, blocked by at least one deposition structure 61, 62, which can be traversed by the gas flow 25.
  • deposition structures 61, 62 are shown in FIG. 9, which are arranged one behind the other, ie in series in the flow direction of the gas flow 25, such that they are spaced apart in the flow direction of the gas flow 25.
  • a single deposition structure 61, 62 may suffice; Likewise, more than two deposition structures 61, 62 may be provided.
  • the respective deposition structure 61, 62 is permeable to the gas flow 25, but forms for entrained particles and in particular for entrained liquid droplets an obstacle to which the particles or droplets can accumulate, whereby they are eliminated from the gas flow 25.
  • the respective deposition structure 61, 62 is a fabric of a hydrophobic material, such as e.g. a metal fabric, in particular of steel, preferably of stainless steel.
  • the liquid separator 24 has in its housing 58 a collecting channel 63 which adjoins the channel cross-section 60 in the direction of gravity 64 indicated by an arrow.
  • the collection Channel 63 collects the separated from the respective deposition structure 61, 62 liquid and leads them to a drain line 65 to.
  • the drain line 65 can lead to the memory 52, which has been explained with reference to the embodiment of Fig. 7.
  • the collecting channel 63 extends transversely to the gas channel 59 and is open to the gas channel 59, that is opposite to the direction of gravity 64. Further, the collecting channel 63 is positioned so that a drip edge 66 of the respective Abscheide fabricat 61, 62 in the direction of gravity 64 adjacent thereto.
  • liquid absorbed by the respective deposition structure 61, 62 within the deposition structure 61, 62 can flow off in the direction of the drip edge 66 due to gravity and drip off from it into the collection channel 63. It is advantageous if the respective drip edge 66 is already arranged outside the channel cross-section 60 of the gas channel 59 through which the gas flow 25 flows and dips into the collecting channel 63. Then, the liquid from the gas flow 25 undisturbed drain into the collecting channel 63.
  • the collecting channel 63 is also designed here so that it tapers in the direction of gravity 64 to the discharge line 65 back.
  • a support 67 or 68 is respectively provided, on which the respective deposition structure 61, 62 is arranged or fixed.
  • the respective carrier 67, 68 extends transversely through the channel cross-section 60 and is formed, for example, by means of cross-shaped webs which generate only a small flow resistance.
  • the housing 58 has openings 69 with which the liquid separator 24 can be mounted on the radiator block 23, for example by means of a corresponding screw.
  • the housing 58 can have two housing halves 70 and 71, between which the respective carrier 67, 68 and / or the respective deposition structure 61, 62 can be clamped on the housing 58 for fixing.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kühler (18) zum Kühlen einer Gasströmung (25), insbesondere bei einer Brennkraftmaschine (1), vorzugsweise bei einem Kraftfahrzeug, mit einem Kühlerblock (23), der einen von der Gasströmung (25) durchströmbaren Gaspfad (27) und einen von einem Kühlmittel durchströmbaren Kühlmittelpfad (28) aufweist, die mediengetrennt thermisch miteinander gekoppelt sind. Die Gefahr von Kondensat in der Gasströmung lässt sich reduzieren mit einem Flüssigkeitsabscheider (24) zum Abscheiden von Flüssigkeit aus der Gasströmung (25), der an einer Austrittsseite (26) des Gaspfads (27) am Kühlerblock (23) angeordnet ist.

Description

Kühler
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kühler zum Kühlen einer Gasströmung, insbesondere einen Abgasrückführkühler zum Kühlen von rückgeführtem Abgas. Die Erfindung betrifft außerdem eine Verwendung eines derartigen Kühlers.
Ein Kühler umfasst üblicherweise einen Kühlerblock, der einen von der Gasströmung durchströmbaren Gaspfad und einen von einem Kühlmittel durchströmbaren Kühlmittelpfad aufweist, die mediengetrennt thermisch miteinander gekoppelt sind.
Bei Fahrzeugen kommen derartige Kühler vielfältig zum Einsatz. Eine besondere Anwendungsform ergibt sich bei der Abgasrückführung, bei der Abgas aus einer Abgasanlage extern einer Frischluftanlage zugeführt wird, um das rückgeführte Abgas mit der Frischluft stromauf von Brennräumen einer Brennkraftmaschine zu vermischen. Eine derartige Abgasrückführung (AGR) hat sich hinsichtlich des Kraftstoffverbrauchs sowie der Schadstoffemissionen der Brennkraftmaschine als vorteilhaft erwiesen. Bei aufgeladenen Brennkraftmaschinen wird zwischen einer Hochdruck-Abgasrückführung (HD-AGR) und einer Niederdruck- Abgasrückführung (ND-AGR) unterschieden. Eine aufgeladene Brennkraftmaschine ist mit einem Abgasturbolader ausgestattet, dessen Turbine in der Abgasanlage angeordnet ist und dessen Verdichter in der Frischluftanlage angeordnet ist. Dabei unterteilen Verdichter und Turbine die Frischluftanlage und die Abgasanlage jeweils in einen Hochdruckbereich und einen Niederdruckbereich. Der frischluftseitige Niederdruckbereich erstreckt sich stromauf des Verdichters. Der frischluftseitige Hochdruckbereich erstreckt sich stromab des Verdichters. Der abgasseitige Niederdruckbereich erstreckt sich stromab der Turbine. Der abgas- seitige Hochdruckbereich erstreckt sich stromauf der Turbine. Eine Hochdruck- Abgasrückführung (HD-AGR) erfolgt somit stromauf der Turbine und stromab des Verdichters. Im Unterschied dazu erfolgt eine Niederdruck-Abgasrückführung (ND-AGR) stromab der Turbine und stromauf des Verdichters.
Im Abgas kann Wasser in Form von Wasserdampf enthalten sein, der durch die Verbrennungsprozesse entstehen kann. Ebenfalls kann in der aus der Umgebung angesaugten Frischluft Wasser in Form von Wasserdampf enthalten sein. Das rückgeführte Abgas wird in der Regel mittels eines Abgasrückführkühlers gekühlt, beispielsweise um den Massenstrom der Frischluft zu erhöhen. Je nach Umgebungsbedingungen kann dabei das rückgeführte Abgas unter den Taupunkt von Wasser abkühlen, wodurch sich eine Kondensation einstellen kann, so dass also flüssiges Wasser anfällt. Hierdurch können sich Tropfen ausbilden, die stromab folgende Bauteile beschädigen können. Dabei sind sowohl mechanische als auch korrosive Schäden möglich. Insbesondere ein Verdichterrad, das im Verdichter mit hoher Drehzahl rotiert, ist durch die Kollision mit Tröpfchen einer erhöhten Beschädigungsgefahr ausgesetzt. Ferner kann sich Kondensat niederschlagen und bei ungünstigen Umgebungsbedingungen gefrieren. Auch hier ist insbesondere das Verdichterrad einer erhöhten Gefahr ausgesetzt.
Besonders kritisch ist die Gefahr einer Kondensatbildung bei einer Niederdruck- Abgasrückführung, da dort das rückgeführte Abgas regelmäßig auf ein niedrigeres Temperaturniveau abgekühlt wird als bei einer Hochdruck-Abgasrückführung.
Bevorzugte Anwendungsformen derartiger Kühler sind somit AGR-Kühler, die für eine besonders hohe Kühlleistung in einen Niedertemperatur-Kühlkreis (NT- Kühlkreis) eingebunden sein können, also insbesondere in einen Flüssigkeitskühlkreis, vorzugsweise einen herkömmlichen Motorkühlkreis. Derartige NT- AGR-Kühler können, insbesondere bei Nutzfahrzeugen, im HD-Bereich oder im ND-Bereich zur Anwendung kommen, so dass es sich dann um NT-HD-AGR- Kühler bzw. um NT-ND-AGR-Kühler handelt. Das Abgas kann außer dem Wasserdampf noch diverse Verbrennungsrückstände enthalten, welche in Partikelform vorliegen. Insbesondere können die Verbrennungsrückstände Ruß, mineralische Anteile, keramische Partikel oder Silikate enthalten.
Kühler der eingangs genannten Art können auch bei Gebäuden, insbesondere zur Klimatisierung der Raumluft, eingesetzt werden. Weitere Einsatzmöglichkeiten derartiger Kühler sind beispielsweise eine Batteriekühlung, z.B. bei Elektro- fahrzeugen, oder in Verbindung mit einer Luftversorgung von Brennstoffzellen. Die jeweilige Gasströmung kann zusätzlich zu Flüssigkeiten bzw. Kondensat auch Feststoffe, wie z.B. Staub, Silikate (z.B. Sand) oder organische Stoffe enthalten.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für einen Kühler der eingangs genannten Art, der insbesondere als Abgasrückführkühler konzipiert sein kann, eine verbesserte Ausführungsform bzw. eine neuartige Verwendung anzugeben, die sich dadurch auszeichnet, dass im Falle einer Kondensatbildung die Gefahr einer Beschädigung nachfolgender Bauteile reduziert ist.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, den Kühler mit einem Flüssigkeitsabscheider auszustatten. Mit Hilfe eines derartigen Flüssigkeitsabscheiders kann Flüssigkeit aus der Gasströmung abgeschieden werden, so dass die aus dem Kühler austretende Gasströmung keine oder nur eine reduzierte Menge Flüssigkeit enthält. Folglich reduziert sich die Gefahr für Beschädigungen nachfolgender Bauteile. Zweckmäßig ist der Flüssigkeitsabscheider an einer Austrittsseite des Gaspfads am Kühlerblock angeordnet. Hierdurch ist gewährleistet, dass möglichst viel Flüssigkeit vom Flüssigkeitsabscheider erfasst werden kann, die innerhalb des Gaspfads anfällt. Flüssigkeit, die im Gaspfad stromauf der Austrittsseite ausfällt, wird durch die Gasströmung in Richtung Austrittsseite transportiert und somit dem Flüssigkeitsabscheider zugeführt.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform kann der Flüssigkeitsabscheider einen Gaskanal aufweisen, der einen von der Gasströmung durchströmbaren Kanalquerschnitt besitzt, der weitgehend von wenigstens einer von der Gasströmung durchströmbaren Abscheidestruktur versperrt ist. Da die Abscheidestruktur den Kanalquerschnitt vollständig oder zumindest im Wesentlichen versperrt, ist die Gasströmung gezwungen, durch die Abscheidestruktur hindurchzuströmen. In der Folge können sich mitgeführte flüssige und/oder feste Verunreinigungen an der Abscheidestruktur anlagern und aus der Gasströmung abgeschieden werden.
Entsprechend einer Weiterbildung kann in der Schwerkraftrichtung ein Sammelkanal an den Kanalquerschnitt anschließen, der quer zum Gaskanal verläuft, der zum Gaskanal offen ist und der so angeordnet ist, dass eine Abtropfkante der wenigstens einen Abscheidestruktur in der Schwerkraftrichtung daran angrenzt. Auf diese Weise können die abgeschiedenen Verunreinigungen besonders einfach von der Abscheidestruktur abgeführt werden. Bevorzugt ist die jeweilige Abtropfkante außerhalb des Kanalquerschnitts des Gaskanals und dafür innerhalb des Sammelkanals angeordnet, wodurch das Abtropfen der abgeschiedenen Verunreinigungen in den Sammelkanal verbessert ist.
Zweckmäßig kann an den Sammelkanal eine Ablaufleitung angeschlossen ist, um die abgeschiedenen Verunreinigungen z.B. zu einem Speicher abzuführen. Besonders effizient ist eine Ausführungsform, bei der mehrere Abscheidestrukturen im Gaskanal in Reihe angeordnet sind. Die einzelnen Abscheidestrukturen können dabei identisch ausgestaltet sein oder aber mit unterschiedlichen Abscheidewirkungen ausgestattet sein. Zweckmäßig sind die benachbarten Abscheidestrukturen zueinander beabstandet angeordnet.
Vorzugsweise kann die jeweilige Abscheidestruktur durch ein hydrophobes Gewebe gebildet sein. Bevorzugt ist ein Metallgewebe, z.B. aus Stahl oder Edelstahl. Denkbar sind jedoch auch keramische Gewebe.
Ein vereinfachter Aufbau ergibt sich, wenn die jeweilige Abscheidestruktur an einem Träger angeordnet ist, der sich quer durch den Kanalquerschnitt erstreckt. Hierdurch kann die jeweilige Abscheidestruktur selbst relativ biegeschlaff sein, was die Verwendung von Materialen und Strukturen erlaubt, die relativ geringe Strömungswiderstände und/oder hohe Abscheidewirkungen besitzen.
Zusätzlich kann der Flüssigkeitsabscheider ein Gehäuse aufweisen, das den Gaskanal enthält und das an den Kühlerblock angebaut ist. Hierdurch repräsentiert der Flüssigkeitsabscheider eine separate Baugruppe, die sich bei Bedarf besonders einfach an den Kühlerblock anbauen lässt.
Entsprechend einer vorteilhaften Ausführungsform kann der Gaspfad im Kühlerblock mehrere Wandflächen aufweisen, an denen sich ein Flüssigkeitsfilm ausbilden kann. Der Flüssigkeitsabscheider schließt dann zweckmäßig unmittelbar an eine die Wandflächen aufweisende gasaustnttsseitige Stirnseite des Kühlerblocks an und leitet dort den Flüssigkeitsfilm ab. Bei dieser Ausführungsform dient der Flüssigkeitsabscheider in erster Linie dazu, den entlang der Wandflächen fließende Flüssigkeitsfilm aufzunehmen und abzuleiten, so dass eine Tröpfchenbildung im Gasstrom vermieden werden kann. Zusätzlich kann der Flüssigkeitsab- scheider auch bereits im Gasstrom mitgeführte Tröpfchen abscheiden, die sich beispielsweise bereits innerhalb des Kühlers bilden können.
Bei einer zweckmäßigen Weiterbildung kann der Flüssigkeitsabscheider Stege aufweisen, die unmittelbar an die gasaustrittsseitige Stirnseite des Kühlerblocks anschließen und den Flüssigkeitsfilm zu einer Sammelstruktur des Flüssigkeitsabscheiders leiten. Mit Hilfe dieser Stege wird erreicht, dass der Flüssigkeitsfilm, der an der gasaustrittsseitigen Stirnseite des Kühlerblocks nicht entlang dieser Stirnseite schwerkraftbedingt abfließen kann, sondern auf die Stege trifft und von diesen zur Sammelstruktur weitergeleitet wird. Insbesondere begrenzen die Wandflächen, an denen sich der Flüssigkeitsfilm ausbildet, einzelne Gaskanäle im Kühlerblock, die insbesondere in der Schwerkraftrichtung zueinander benachbart angeordnet sein können. Tritt ein Flüssigkeitsfilm an einer Wandfläche aus einem solchen Gaskanal aus, treibt ihn die Schwerkraft in Richtung des nächsten darunter liegenden Gaskanals an. Dort könnten sich Tropfen bilden und von der Gasströmung mitgenommen werden. Da ein derartiges Abfließen zum nächsten Gaskanal mit Hilfe der Stege verhindert werden kann, lässt sich dadurch auch effizient eine Tropfenbildung in der Gasströmung vermeiden.
Gemäß einer anderen Weiterbildung kann der Flüssigkeitsabscheider einen Plattenkörper aufweisen, der sich quer zur Gasströmung erstreckt, der zu gasseitigen Austrittsöffnungen des Kühlerblocks fluchtende Durchgangsöffnungen aufweist und von dem die Stege abstehen. Die zuvor genannten Gaskanäle besitzen aus- trittsseitig die genannten Austrittsöffnungen des Kühlerblocks. Durch den komplementär zur Austrittsseite des Kühlerblocks ausgestalteten Platten körper, derart, dass die Durchgangsöffnungen des Platten körpers zu den Austrittsöffnungen des Kühlerblocks axial, also in der Strömungsrichtung des Gasstroms fluchten, ergibt sich nur ein vergleichsweise geringer Durchströmungswiderstand durch den Plattenkörper und somit durch den Flüssigkeitsabscheider. Außerdem weist der Flüssigkeitsabscheider dadurch einen vergleichsweise einfachen Aufbau auf. Insbesondere kann der Plattenkörper mit den davon abstehenden Stegen integral aus einem Stück hergestellt sein.
Die Faserstruktur kann grundsätzlich eine beliebige, zur Aufnahme von Flüssigkeit geeignete Struktur besitzen, insbesondere auch eine hydrophobe Struktur. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung kann der Platten körper jedoch eine hydrophile Faserstruktur aufweisen, die den Flüssigkeitsfilm aufnimmt. Hierdurch lässt sich der Flüssigkeitsfilm rasch von der Gasströmung abführen, wodurch die Gefahr einer Mitnahme von Tröpfchen durch die Gasströmung reduziert ist.
Bei einer anderen Ausführungsform kann der Flüssigkeitsabscheider Ableitspalte aufweisen, die quer zur Gasströmungsrichtung unmittelbar an die gasseitigen Austrittsenden der Wandflächen anschließen, so dass der Flüssigkeitsfilm von der jeweiligen Wandfläche in den jeweiligen Ableitspalt eintreten kann und darin ableitbar ist. Im Unterschied zur vorgenannten Ausführungsform, bei der die Stege den austrittsseitig aus den Gaskanälen abfließenden Flüssigkeitsfilm ableiten, sorgen bei dieser Ausführungsform die Ableitspalte dafür, dass der jeweilige Flüssigkeitsfilm quer zur Gasströmung aus dem Bereich der Gasströmung abfließen kann.
Grundsätzlich kann dabei der jeweilige Flüssigkeitsfilm aufgrund der Schwerkraft in den jeweiligen Ableitspalt eintreten. Entsprechend einer besonders vorteilhaften Weiterbildung kann jedoch vorgesehen sein, den jeweiligen Ableitspalt so zu dimensionieren, dass Kapillarkräfte den Flüssigkeitsfilm in den Ableitspalt einsaugen und darin ableiten. Die Ableitspalte, die sich quer zur Gasströmungsrichtung erstrecken, sind parallel zur Gasströmungsrichtung somit relativ klein dimensioniert, um die Kapillarkräfte nutzen zu können. Die Kapillarkräfte bewirken eine besonders effiziente Absaugung des Flüssigkeitsfilms, ohne dass zusätzliche energieverbrauchende Maßnahmen erforderlich sind.
Bei einer anderen Weiterbildung kann der Flüssigkeitsabscheider eine Faserstruktur aufweisen, die an den jeweiligen Ableitspalt anschließt und/oder im jeweiligen Ableitspalt angeordnet ist. Die Faserstruktur kann grundsätzlich eine beliebige, zur Aufnahme und Ableitung von Flüssigkeit geeignete Struktur besitzen, insbesondere auch eine hydrophobe Struktur. Bevorzugt handelt es sich jedoch um eine hydrophile Faserstruktur. Die Faserstruktur nimmt den Flüssigkeitsfilm auf und kann ihn innerhalb des Flüssigkeitsabscheiders weiterleiten.
Bei einer anderen Weiterbildung kann der Flüssigkeitsabscheider einen Plattenkörper aufweisen, der sich quer zur Gasströmung erstreckt, der zu gasseitigen Austrittsöffnungen des Kühlerblocks fluchtende Durchgangsöffnungen aufweist und der eine davon abstehende Stegstruktur aufweist, die unmittelbar an die gasaustrittsseitige Stirnseite des Kühlerblocks anstoßen, so dass die Ableitspalte durch die gasaustrittsseitige Stirnseite und eine dem Kühlerblock zugewandte Innenseite des Plattenkörpers begrenzt sind. Hierdurch ergibt sich für den Flüssigkeitsabscheider ein extrem kompakter Aufbau. Bemerkenswert ist ferner, dass der Flüssigkeitsabscheider erst durch die Anbringung des Plattenkörpers am Kühlerblock komplettiert und funktionsfähig wird.
Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform kann der Flüssigkeitsabscheider eine Faserstruktur aufweisen, die sich vollständig über eine gasaustrittsseitige Stirnseite des Kühlerblocks erstreckt, die von der Gasströmung durchströmbar ist und die aus dem Gaspfad austretende Flüssigkeit aufnimmt und ableitet. Die Faserstruktur kann grundsätzlich eine beliebige, zur Aufnahme und Ableitung von Flüssigkeit geeignete Struktur besitzen, insbesondere auch eine hydrophobe Struktur. Bevorzugt handelt es sich jedoch um eine hydrophile Faserstruktur. Bei dieser Ausführungsform besitzt der Flüssigkeitsabscheider einen extrem einfachen Aufbau, der sich besonders preiswert realisieren lässt.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung kann dabei vorgesehen sein, dass die Faserstruktur in der Gasströmungsrichtung beabstandet vom Kühlerblock angeordnet ist. Hierdurch wird erreicht, dass die Faserstruktur wesentlich mehr durchströmbares Volumen bereitstellt als bei einer Anordnung der Faserstruktur unmittelbar am Kühlerblock. Hierdurch lässt sich der Durchströmungswiderstand der Faserstruktur signifikant reduzieren.
Die Faserstruktur kann dabei ein einlagiges oder mehrlagiges Gewebe oder Gestrick sein. Dabei kann es sich um eine keramische oder um eine metallische Faserstruktur handeln. Ebenso kann auch eine Faserstruktur aus Kunststoff zur Anwednung kommen.
Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform kann der Flüssigkeitsabscheider einen Speicher für abgeschiedene Flüssigkeit und einen Verdampfer zum Verdampfen der abgeschiedenen Flüssigkeit aufweisen. Mit Hilfe des Verdampfers kann der Speicher wieder entleert werden. Bei dieser Ausführungsform wird dem Umstand Rechnung getragen, dass eine Kondensatbildung im Kühler, insbesondere bei einer Anwendung als niederdruckseitiger Abgasrückführkühler, nur bei bestimmten Umgebungsbedingungen bzw. Betriebszuständen erfolgt, während bei vielen anderen Umgebungsbedingungen bzw. Betriebszuständen keine Kondensation erfolgt. Darüber hinaus können auch Betriebszustände und Umgebungsbedingungen vorherrschen, bei denen sogar eine Verdampfung von Wasser möglich ist. Mit Hilfe des Speichers kann somit für Phasen, in denen Kondensat anfällt, das abgeschiedene Kondensat gesammelt werden. Mit Hilfe des Verdampfers kann dann in Phasen, in denen eine Verdampfung des Kondensats möglich ist, der Speicher wieder entleert werden. Auf diese Weise kann auf eine aufwändige Ableitung des Kondensats in die Umgebung verzichtet werden.
Der Speicher kann optional mit einem Überlauf ausgestattet sein, um die Funktionsfähigkeit des Flüssigkeitsabscheiders auch bei vollem Speicher gewährleisten zu können. Zusätzlich oder alternativ kann der Speicher mit Schwallwänden bzw. mit einer Schwallstruktur ausgestattet sein. Insbesondere bei Fahrzeuganwendungen kann die Dynamik des Fahrbetriebs innerhalb des Speichers die Flüssigkeit beschleunigen, wodurch im Speicher Wellen entstehen können, die den Speicher zum Überschwappen bringen können. Dadurch könnte gespeicherte Flüssigkeit über die Ableitstruktur in den Gasstrom zurückgelangen. Eine
Schwallstruktur wirkt der Wellenbildung entgegen, wodurch auch ein Überschwappen vermieden werden kann.
Entsprechend einer anderen vorteilhaften Weiterbildung kann der Verdampfer abhängig von der Temperatur der Gasströmung stromab des Kühlerblocks temperaturgesteuert sein. Hierdurch wird erreicht, dass erst bei Temperaturen im Gasstrom oberhalb der Verdampfungstemperatur des Wassers die Verdampfung aktiv betrieben wird.
In einem einfachen Fall kann es sich beim Verdampfer um eine Art Docht handeln. Der Docht fördert aufgrund von Kapillarkräften das abgeschiedene Wasser aus dem Reservoir an ein Dochtende, das der Gasströmung ausgesetzt ist. Bei hinreichender Gastemperatur kommt es dabei am Dochtende zur gewünschten Verdampfung der Flüssigkeit. Ein Ablösen von Tröpfchen ist dagegen aufgrund der hohen Kapillarkräfte im Docht nicht zu erwarten. Bei einer anderen Ausführungsform kann der Verdampfer mit einer Pumpe arbeiten, die während eines Verdampfungsbetriebs, also bei hinreichender Gastemperatur die Flüssigkeit aus dem Reservoir einer Verdampfungsfläche zuführt.
Ebenso ist es möglich, im Speicher eine Heizeinrichtung anzuordnen, mit deren Hilfe die darin gespeicherte Flüssigkeit verdampft werden kann. Die Heizeinrichtung kann beispielsweise elektrisch betrieben sein. Ebenso ist es möglich, die Heizeinrichtung mittels wenigstens einer sogenannten Heat Pipe zu realisieren, die beispielsweise einen Boden des Speichers mit dem Kühlerblock koppelt, um Wärme vom Kühlerblock auf den Boden des Speichers zu übertragen.
Des Weiteren kann der Verdampfer beispielsweise mit einer Saugstrahlpumpe arbeiten, wobei die Gasströmung in einer Venturidüse der Saugstrahlpumpe den Unterdruck zum Ansaugen der Flüssigkeit aus dem Speicher erzeugt.
Zusätzlich oder alternativ kann der Verdampfer entsprechende Ventile aufweisen, um ein Zuführen der Flüssigkeit zur Gasströmung aktiv zu steuern zu können.
Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform kann der Verdampfer die abgeschiedene Flüssigkeit zum Verdampfen der Faserstruktur zuführen, die während der Abscheidephase dazu dient, die Flüssigkeit aus der Gasströmung bzw. dem Flüssigkeitsfilm aus dem Kühlerblock aufzunehmen.
Eine erfindungsgemäße Verwendung eines Kühlers der vorstehend beschriebenen Art erfolgt in einer Abgasrückführanlage zum Kühlen von rückgeführtem Abgas. Dementsprechend betrifft die vorliegende Erfindung auch einen Abgasrück- führkühler sowie eine Abgasrückführanlage mit einem derartigen Abgasrückführ- kühler. Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung außerdem eine Brennkraftmaschine mit einer derartigen Abgasrückführanlage. Bevorzugt kommt der Ab- gasrückführkühler bei einer Niederdruck-Abgasrückführung einer aufgeladenen Brennkraftmaschine zur Anwendung.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
Es zeigen, jeweils schematisch,
Fig. 1 eine stark vereinfachte, schaltplanartige Prinzipdarstellung einer
Brennkraftmaschine,
Fig. 2 einen stark vereinfachten Längsschnitt durch einen Kühler im Bereich eines Flüssigkeitsabscheiders,
Fig. 3 eine Axialansicht des Flüssigkeitsabscheiders entsprechend einem
Detail III in Fig. 2, Fig. 4 eine isometrische Ansicht eines Plattenkörpers des Flüssigkeitsabscheiders,
Fig. 5 eine Schnittansicht wie in Fig. 2, jedoch bei einer anderen Ausführungsform,
Fig. 6 eine Schnittansicht wie in den Figuren 2 und 5, jedoch bei einer weiteren Ausführungsform,
Fig. 7 eine Schnittansicht wie in Figur 6, jedoch bei einer andere Ausführungsform,
Fig. 8 eine Axialansicht des Flüssigkeitsabscheiders bei einer anderen
Ausführungsform, jedoch ohne Abscheidestruktur,
Fig. 9 ein Axialschnitt des Flüssigkeitsabscheiders aus Fig. 8 gemäß
Schnittlinien IX in Fig. 8, jedoch mit Abscheidestrukturen,
Fig. 10 ein vergrößerter Querschnitt des Flüssigkeitsabscheiders der Fig. 8 und 9, jedoch mit Abscheidestruktur entsprechend Schnittlinien X in Fig. 9.
Entsprechend Fig. 1 umfasst eine Brennkraftmaschine 1 einen Motorblock 2 mit mehreren Brennräumen 3, eine Frischluftanlage 4 zum Zuführen von Frischluft zu den Brennräumen 3, eine Abgasanlage 5 zum Abführen von Abgas von den Brennräumen 3 sowie eine Abgasrückführanlage 6 zum Rückführen von Abgas von der Abgasanlage 5 zur Frischluftanlage 4. Die Frischluftanlage 4 enthält ein Frischluftfilter 7, einen Verdichter 8 eines Abgasturboladers 9, einen Ladeluftkühler 10 und eine Drosseleinrichtung 1 1 , zum Beispiel in Form einer Drosselklappe. Der Ladeluftkühler 10 ist an einen Kühlkreis 12 angeschlossen. Die Abgasanlage 5 enthält eine Turbine 13 des Abgasturboladers 9, die über eine Antriebswelle 14 mit dem Verdichter 8 verbunden ist. Ferner enthält die Abgasanlage 5 einen Katalysator 15 und eine Drosseleinrichtung 16, zum Beispiel in Form einer Stauklappe.
Die Abgasrückführanlage 6 enthält ein Abgasrückführventil 17 und einen Abgas- rückführkühler 18, der an einen Kühlkreis 19 angeschlossen ist. Eine Entnahmestelle 20 der Abgasrückführanlage 6 ist hier stromab der Turbine 13 an der Abgasanlage 5 angeordnet. Eine Einleitstelle 21 der Abgasrückführanlage 6 ist hier stromauf des Verdichters 8 an der Frischluftanlage 4 angeordnet. Dementsprechend handelt es sich hier um eine Niederdruck-Abgasrückführung.
Der Kühlkreis 12 des Ladeluftkühlers 10 und/oder der Kühlkreis 19 des Abgas- rückführkühlers 18 kann bzw. können mit einem Motorkühlkreis 22 gekoppelt sein. Ebenso kann es sich dabei jeweils um einen separaten Kühlkreis handeln.
Der Abgasrückführkühler 18, der im Folgenden allgemein auch als„Kühler 18" bezeichnet wird, umfasst gemäß den Figuren 1 bis 6 einen Kühlerblock 23 und einen Flüssigkeitsabscheider 24 zum Abscheiden von Flüssigkeit aus einer Gasströmung 25, die den Kühlerblock 23 durchströmt. Der Flüssigkeitsabscheider 24 ist dabei an einer gasseitigen Austrittsseite 26 des Kühlerblocks 23 angeordnet.
Der Kühlerblock 23 weist einen von der Gasströmung 25 durchströmbaren Gaspfad 27 auf, der in den Figuren 2, 5, 6 und 7 durch Pfeile angedeutet ist. Des Weiteren enthält der Kühlerblock 23 einen in Figur 1 erkennbaren Kühlmittelpfad 28, der von einem vorzugsweise flüssigen Kühlmittel durchströmbar ist. Der Kühlmittelpfad 28 und der Gaspfad 27 sind thermisch, jedoch mediengetrennt miteinander gekoppelt. Dementsprechend kann der Kühlmittelpfad Wärme aus dem Gaspfad entziehen.
Gemäß den Figuren 2 bis 6 kann der Gaspfad 27 im Kühlerblock 23 mehrere Gaskanäle 29 enthalten, die seitlich von Wandflächen 30 begrenzt sind. An diesen Wandflächen 30 kann sich im Betrieb des Kühlers 18 bei entsprechenden Randbedingungen ein Flüssigkeitsfilm 31 ausbilden, nämlich durch Kondensation von Wasserdampf, der in der Gasströmung 25 mitgeführt wird. Dieser Niederschlag an den Wandflächen 30 bildet dann den Flüssigkeitsfilm 31 , der angetrieben durch die Gasströmung 25 aus den Gaskanälen 29 austritt.
Entsprechend den Figuren 2 bis 4 und 5 ist der Flüssigkeitsabscheider 24 unmittelbar an eine gasaustrittsseitige Stirnseite 32 des Kühlerblocks 23 angeschlossen, die hier mit der Austrittsseite 26 des Gaspfads 27 zusammenfällt. Somit kann der Flüssigkeitsabscheider 24 den Flüssigkeitsfilm 31 ableiten.
Gemäß der in den Figuren 2 bis 4 gezeigten Ausführungsform kann der Flüssigkeitsabscheider 24 Stege 33 aufweisen, die unmittelbar an die gasaustrittsseitige Stirnseite 32 des Kühlerblocks 23 anschließen. Die Stege 33 führen den aus den Gaskanälen 29 austretenden Flüssigkeitsfilm 31 zu einer Sammelstruktur 34 des Flüssigkeitsabscheiders 24. Somit kann die angefallene Flüssigkeit gemäß Figur 3 entlang der Stege 33 quer zur Gasströmungsrichtung 35 zunächst seitlich abgelenkt und dann entlang der Sammelstruktur 34, zum Beispiel nach unten abgeführt werden.
Entsprechend Figur 4 kann der Flüssigkeitsabscheider 24 einen Plattenkörper 36 aufweisen, der sich quer zur Gasströmungsrichtung 35 erstreckt. Der Plattenkörper 36 weist mehrere Durchgangsöffnungen 37 auf, die hinsichtlich Anzahl, Anordnung und Dimensionierung komplementär zu gasseitigen Austrittsöffnungen 38 des Kühlkörpers 23 gestaltet sind. Dementsprechend sind die Durchgangsöffnungen 37 bezüglich der Gasströmungsrichtung 35 axial fluchtend zu den Aus- trittsöffnungen 38 angeordnet. Der Plattenkörper 36 kann eine hydrophile Faserstruktur 39 aufweisen, die in Figur 4 rein exemplarisch an der rechten Randseite des Platten körpers 36 angedeutet ist. Es ist klar, dass grundsätzlich die gesamte dem Kühlerblock 23 zugewandte Innenseite 40 des Platten körpers 36 mit einer derartigen Faserstruktur 39 versehen sein kann. Die Faserstruktur 39 ist dabei so konfiguriert, dass sie den Flüssigkeitsfilm 31 aufnehmen kann.
In Figur 5 ist eine andere Ausführungsform des Flüssigkeitsabscheiders 24 wiedergegeben, bei welcher Ableitspalte 41 ausgebildet sind, die sich quer zur Gasströmungsrichtung 35 erstrecken und dabei unmittelbar an die gasseitigen Austrittsenden 42 der Wandflächen 30 anschließen. Dementsprechend kann der jeweilige Flüssigkeitsfilm 31 von der jeweiligen Wandfläche 30 in den jeweiligen Ableitspalt 41 eintreten, wobei der jeweilige Flüssigkeitsfilm 31 , der in einen solchen Ableitspalt 41 eintritt, im Ableitspalt 41 abgeleitet wird. Zweckmäßig ist eine Spaltbreite 43 so dimensioniert, dass Kapillarkräfte entstehen, die den Flüssigkeitsfilm 31 in den Ableitspalt 41 einsaugen und im Ableitspalt 41 ein Ableiten der Flüssigkeit bewirken. Beispielsweise kann sich gemäß Figur 5 am jeweiligen Austrittsende 42 der Wandfläche 30 in einem Einlassbereich 44 des jeweiligen Ableitspalts 41 Flüssigkeit, die mit dem Flüssigkeitsfilm 31 antransportiert wird, sammeln, bis sie von den Kapillarkräften in den Ableitspalt 41 eingesaugt und darin abgeleitet wird.
Auch bei dieser Ausführungsform kann der Flüssigkeitsabscheider 24 eine hydrophile Faserstruktur 45 aufweisen, die wie im Beispiel der Figur 5 innerhalb des jeweiligen Ableitspalts 41 angeordnet sein kann. Ebenso ist es möglich, dass der jeweilige Ableitspalt 41 mit seiner Kapillarwirkung bis zu einer derartigen Faserstruktur 45 führt. Zweckmäßig kann der Flüssigkeitsabscheider 24 auch bei dieser Ausführungsform einen Plattenkörper 46 aufweisen, der sich quer zur Gasströmung 25 erstreckt, der zu den gasseitigen Austrittsöffnungen 38 des Kühlerblocks 23 fluchtende Durchgangsöffnungen 47 aufweist und der eine vom Plattenkörper 46 abstehende Stegstruktur 48 besitzt. Die Stegstruktur 48 umfasst mehrere Stege 49, die jeweils unmittelbar an die gasaustrittsseitige Stirnseite 32 des Kühlerblocks 23 anstoßen. Auf diese Weise werden die Ableitspalte 41 einerseits durch die gasaustrittsseitige Stirnseite 32 und andererseits durch eine dem Kühlerblock 23 zugewandte Innenseite 50 des Platten körpers 46 begrenzt.
Entsprechend den Figuren 6 und 7 kann der Flüssigkeitsabscheider 24 auch mittels einer hydrophilen Faserstruktur 51 gebildet sein, die sich vollständig über die austrittsseitige Stirnseite 32 des Kühlerblocks 23 erstreckt. Die Faserstruktur 51 ist von der Gasströmung 25 durchströmbar und so konfiguriert, dass sie die aus dem Gaspfad 27 austretende Flüssigkeit aufnehmen und ableiten kann. Bei der in den Figuren 6 und 7 gezeigten, speziellen Ausführungsform ist die Faserstruktur 51 von der austrittsseitigen Stirnseite 32 des Kühlerblocks 23 in der Gasströmungsrichtung 35 beabstandet angeordnet. Hierdurch steht die gesamte Oberfläche der Faserstruktur 51 zur Anströmung und Durchströmung für die Gasströmung 25 zur Verfügung, wodurch der Strömungswiderstand der Faserstruktur 51 reduziert ist. Die Faserstruktur 51 kann ein keramisches oder metallisches Gewirk oder Gestrick sein. Die Faserstruktur 51 kann einlagig oder mehrlagig sein. Im Beispiel der Figur 6 und 7 ist eine dreilagige Faserstruktur 51 angedeutet. Besonders vorteilhaft bei einer mehrlagigen Faserstruktur 51 ist dabei eine Ausführungsform, bei welcher die einzelnen Lagen der Faserstruktur 51 relativ zueinander einen vorbestimmten Abstand einhalten, der sich in besonderer Weise zum Aufnehmen und Abführen von Flüssigkeitstropfen aus der Gasströmung 25 eignet. Bei der in Figur 7 gezeigten Ausführungsform ist der Flüssigkeitsabscheider 24 zusätzlich zu der in Figur 6 gezeigten Ausführungsform mit einem Speicher 52 ausgestattet, der die abgeschiedene Flüssigkeit bevorraten kann. Der jeweilige Flüssigkeitsabscheider 24 kann dementsprechend so gestaltet sein, dass er die abgeschiedene Flüssigkeit diesem Speicher 52 zuführt. Ein derartiger Speicher 52 kann bei allen hier gezeigten Ausführungsformen realisiert sein.
Des Weiteren zeigt Figur 7 einen Verdampfer 53, mit dessen Hilfe die abgeschiedene Flüssigkeit aus dem Speicher 52 verdampft werden kann. In Betriebsphasen, in denen Kondensat anfällt, kann dies im Speicher 52 gespeichert werden. In Betriebsphasen, in denen Flüssigkeit verdampft werden kann, kann mit Hilfe des Verdampfers 53 der Speicher 52 wieder geleert werden. Im Beispiel der Figur 7 besitzt der Speicher 52 einen Überlauf 54, der mit einem geeigneten Ventil 55 gesteuert werden kann. Im Beispiel der Figur 7 ist außerdem im Speicher 52 eine Schwallstruktur 56 angeordnet, beispielsweise in Form eines Gitters, die dafür sorgt, dass Wellen, die im Betrieb eines mit der Brennkraftmaschine 1 ausgestatteten Fahrzeugs im Speicher 52 entstehen können, nicht zu einem Überschwappen der gespeicherten Flüssigkeit führen können.
Der Verdampfer 53 ist zweckmäßig temperaturgesteuert, und zwar abhängig von der Temperatur der Gasströmung 25 stromab des Kühlerblocks 23. In einem besonders einfachen Fall kann der Verdampfer 53 einen Docht aufweisen, der gemäß Figur 7 Flüssigkeit bis zu einem der Gasströmung 25 ausgesetzten Bereich fördert. Zwischen dem Speicher 52 und dem Kühlerblock 23 kann auch eine Heat Pipe 57 angeordnet sein, um Flüssigkeit aus dem Speicher 52 zu verdampfen.
Dabei kann der Verdampfer 53 zweckmäßig so konfiguriert sein, dass er die abgeschiedene Flüssigkeit zum Verdampfen wieder der Faserstruktur 51 zuführt. Dies kann gemäß Figur 7 so erfolgen, dass der Verdampfer 53 die Flüssigkeit bis in den Bereich der Gasströmung 25 fördert, derart, dass sich dort Tröpfchen ablösen können, die in der Faserstruktur 51 aufgefangen und verdampft werden. In Figur 7 ist stromab der Faserstruktur 51 ein Bereich angedeutet, in dem die Gasströmung 25 Wasserdampf enthält.
Entsprechend den Fig. 8 bis 10 kann der Flüssigkeitsabscheider 24 in einem eigenen Gehäuse 58 einen Gaskanal 59 aufweisen, der einen von der Gasströmung 25 durchströmbaren Kanalquerschnitt 60 besitzt. Der Kanalquerschnitt 60 ist nun weitgehend, vorzugsweise vollständig, von wenigstens einer Abscheidestruktur 61 , 62 versperrt, die von der Gasströmung 25 durchströmbar ist. Im Beispiel sind in Fig. 9 zwei derartige Abscheidestrukturen 61 , 62 dargestellt, die in der Strömungsrichtung der Gasströmung 25 hintereinander, also in Reihe angeordnet sind, derart, dass sie in der Strömungsrichtung der Gasströmung 25 voneinander beabstandet sind. Grundsätzlich kann auch eine einzige Abscheidestruktur 61 , 62 ausreichen; ebenso können auch mehr als zwei Abscheidestrukturen 61 , 62 vorgesehen sein.
Die jeweilige Abscheidestruktur 61 , 62 ist für die Gasströmung 25 durchlässig, bildet jedoch für mitgeführte Partikel und insbesondere für mitgeführte Flüssigkeitströpfchen ein Hindernis, an dem sich die Partikel bzw. Tröpfchen anlagern können, wodurch sie aus der Gasströmung 25 ausgeschieden werden. Beispielsweise handelt es sich bei der jeweiligen Abscheidestruktur 61 , 62 um ein Gewebe aus einem hydrophoben Material, wie z.B. ein Metallgewebe, insbesondere aus Stahl, vorzugsweise aus Edelstahl.
Entsprechend den Fig. 9 und 10 weist der Flüssigkeitsabscheider 24 in seinem Gehäuse 58 einen Sammelkanal 63 auf, der in der durch einen Pfeil angedeuteten Schwerkraftrichtung 64 an den Kanalquerschnitt 60 anschließt. Der Sammel- kanal 63 sammelt die von der jeweiligen Abscheidestruktur 61 , 62 abgeschiedene Flüssigkeit und führt sie einer Ablaufleitung 65 zu. Die Ablaufleitung 65 kann dabei zu dem Speicher 52 führen, der mit Bezug auf die Ausführungsform der Fig. 7 erläutert worden ist. Der Sammelkanal 63 erstreckt sich quer zum Gaskanal 59 und ist zum Gaskanal 59, also entgegen der Schwerkraftrichtung 64 offen. Ferner ist der Sammel kanal 63 so positioniert, dass eine Abtropfkante 66 der jeweiligen Abscheidestruktur 61 , 62 in der Schwerkraftrichtung 64 daran angrenzt. Somit kann von der jeweiligen Abscheidestruktur 61 , 62 aufgenommene Flüssigkeit innerhalb der Abscheidestruktur 61 , 62 schwerkraftbedingt in Richtung Abtropfkante 66 abfließen und von dieser in den Sammelkanal 63 abtropfen. Von Vorteil ist dabei, wenn die jeweilige Abtropfkante 66 bereits außerhalb des von der Gasströmung 25 durchströmten Kanalquerschnitts 60 des Gaskanals 59 angeordnet ist und in den Sammelkanal 63 eintaucht. Dann kann die Flüssigkeit von der Gasströmung 25 ungestört in den Sammelkanal 63 abtropfen. Der Sammelkanal 63 ist hier außerdem so ausgestaltet, dass er sich in der Schwerkraftrichtung 64 zur Ablaufleitung 65 hin verjüngt.
Für die jeweilige Abscheidestruktur 61 , 62 ist jeweils ein Träger 67 bzw. 68 vorgesehen, an dem die jeweilige Abscheidestruktur 61 , 62 angeordnet bzw. fixiert ist. Der jeweilige Träger 67, 68 erstreckt sich quer durch den Kanalquerschnitt 60 und ist beispielsweise mittels kreuzförmiger Stege gebildet, die nur einen geringen Strömungswiderstand erzeugen.
Gemäß den Fig. 8 und 10 besitzt das Gehäuse 58 Öffnungen 69, mit denen der Flüssigkeitsabscheider 24 an den Kühlerblock 23 angebaut werden kann, beispielsweise mittels einer entsprechenden Verschraubung. Gemäß Fig. 9 kann das Gehäuse 58 zwei Gehäusehälften 70 und 71 aufweisen, zwischen denen der jeweilige Träger 67, 68 und/oder die jeweilige Abscheidestruktur 61 , 62 zur Fixierung am Gehäuse 58 eingeklemmt sein können.
*****

Claims

Ansprüche
1 . Kühler zum Kühlen einer Gasströmung (25), insbesondere bei einer Brennkraftmaschine (1 ), vorzugsweise bei einem Kraftfahrzeug,
- mit einem Kühlerblock (23), der einen von der Gasströmung (25) durchströmbaren Gaspfad (27) und einen von einem Kühlmittel durchströmbaren Kühlmittelpfad (28) aufweist, die mediengetrennt thermisch miteinander gekoppelt sind,
- mit einem Flüssigkeitsabscheider (24) zum Abscheiden von Flüssigkeit aus der Gasströmung (25), der an einer Austrittsseite (26) des Gaspfads (27) am Kühlerblock (23) angeordnet ist.
2. Kühler nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Flüssigkeitsabscheider (24) einen Gaskanal () aufweist, der einen von der Gaströmung (25) durchströmbaren Kanalquerschnitt () besitzt, der weitgehend von wenigstens einer von der Gasströmung (25) durchströmbaren Abscheidestruktur () versperrt ist.
3. Kühler nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass in der Schwerkraftrichtung () ein Sammelkanal () an den Kanalquerschnitt () anschließt, der quer zum Gaskanal () verläuft, der zum Gaskanal () offen ist und der so angeordnet ist, dass eine Abtropfkante () der wenigstens einen Abscheidestruktur () in der Schwerkraftrichtung () daran angrenzt.
4. Kühler nach Anspruch 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass an den Sammelkanal () eine Ablaufleitung () angeschlossen ist.
5. Kühler nach einem der Ansprüche 2 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass mehrere Abscheidestrukturen () im Gaskanal () in Reihe angeordnet sind.
6. Kühler nach einem der Ansprüche 2 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass die jeweilige Abscheidestruktur () durch ein hydrophobes Gewebe gebildet ist.
7. Kühler nach einem der Ansprüche 2 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass die jeweilige Abscheidestruktur () an einem Träger () angeordnet ist, der sich quer durch den Kanalquerschnitt () erstreckt.
8. Kühler nach einem der Ansprüche 2 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Flüssigkeitsabscheider (24) ein Gehäuse () aufweist, das den Gaskanal () enthält und das an den Kühlerblock (23) angebaut ist.
9. Kühler nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
- dass der Gaspfad (27) im Kühlerblock (23) mehrere Wandflächen (30) aufweist, an denen sich ein Flüssigkeitsfilm (31 ) ausbilden kann, - dass der Flüssigkeitsabscheider (24) unmittelbar an eine gasaustrittsseitige Stirnseite (32) des Kühlerblocks (23) anschließt und den Flüssigkeitsfilm (31 ) ableitet.
10. Kühler nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Flüssigkeitsabscheider (24) Stege (33) aufweist, die unmittelbar an die gasaustrittsseitige Stirnseite (32) des Kühlerblocks (23) anschließen und den Flüssigkeitsfilm (31 ) zu einer Sammelstruktur (34) des Flüssigkeitsabscheiders (24) leiten.
1 1 . Kühler nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Flüssigkeitsabscheider (24) einen Plattenkörper (36) aufweist, der sich quer zur Gasströmungsrichtung (35) erstreckt, der zu gasseitigen Austrittsöffnungen (38) des Kühlerblocks (23) fluchtende Durchgangsöffnungen (37) aufweist und von dem die Stege (33) abstehen.
12 Kühler nach Anspruch 1 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Plattenkörper (36) eine hydrophile Faserstruktur (39) aufweist, die den Flüssigkeitsfilm (31 ) aufnimmt.
13. Kühler nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Flüssigkeitsabscheider (24) Ableitspalte (41 ) aufweist, die quer zur Gasströmungsrichtung (35) unmittelbar an die gasseitigen Austrittsenden (42) der Wandflächen (30) anschließen, so dass der Flüssigkeitsfilm (31 ) von der jeweili- gen Wandfläche (30) in den jeweiligen Ableitspalt (41 ) eintreten kann und darin ableitbar ist.
14. Kühler nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet,
dass der jeweilige Ableitspalt (41 ) so dimensioniert ist, dass Kapillarkräfte den Flüssigkeitsfilm (31 ) in den Ableitspalt (41 ) einsaugen und darin ableiten.
15. Kühler nach Anspruch 13 oder 14,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Flüssigkeitsabscheider (24) eine hydrophile Faserstruktur (45) aufweist, die an den jeweiligen Ableitspalt (41 ) anschließt und/oder im jeweiligen Ableitspalt (41 ) angeordnet ist.
16. Kühler nach einem der Ansprüche 13 bis 15,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Flüssigkeitsabscheider (24) einen Plattenkörper (46) aufweist, der sich quer zur Gasströmung (25) erstreckt, der zu gasseitigen Austrittsöffnungen (38) des Kühlerblocks (23) fluchtende Durchgangsöffnungen (47) aufweist und der eine davon abstehende Stegstruktur (48) aufweist, die unmittelbar an die gasaus- trittsseitige Stirnseite (32) des Kühlerblocks (23) anstößt, so dass die Ableitspalte (41 ) durch die gasaustrittsseitige Stirnseite (32) und eine dem Kühlerblock (23) zugewandte Innenseite (50) des Plattenkörpers (46) begrenzt sind.
17. Kühler nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Flüssigkeitsabscheider (24) eine hydrophile Faserstruktur (51 ) aufweist, die sich vollständig über eine gasaustrittsseitige Stirnseite (32) des Kühlerblocks (23) erstreckt, die von der Gasströmung (25) durchströmbar ist und die aus dem Gaspfad (27) austretende Flüssigkeit aufnimmt und ableitet.
18. Kühler nach Anspruch 17,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Faserstruktur (51 ) in der Gasströmungsrichtung (35) beabstandet vom Kühlerblock (23) angeordnet ist.
19. Kühler nach einem der Ansprüche 1 bis 20,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Flüssigkeitsabscheider (24) einen Speicher (52) für abgeschiedene Flüssigkeit und einen Verdampfer (53) zum Verdampfen der abgeschiedenen Flüssigkeit aufweist.
20. Kühler nach Anspruch 19,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Verdampfer (53) abhängig von der Temperatur der Gasströmung (25) stromab des Kühlerblocks (23) temperaturgesteuert ist.
21 . Kühler nach Anspruch 17 oder 18 sowie nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet,
dass der Verdampfer (53) die abgeschiedene Flüssigkeit zum Verdampfen der Faserstruktur (51 ) zuführt.
22. Verwendung eines Kühlers (18) nach einem der Ansprüche 1 bis 21 in einer Abgasrückführanlage (6) zum Kühlen von rückgeführtem Abgas.
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014215559A1 (de) * 2014-08-06 2016-02-11 Mahle International Gmbh Kühler mit einem Flüssigkeitsabscheider
DE102016203706B3 (de) * 2016-03-08 2017-07-20 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Ladeluftkühleranordnung
CN112343741B (zh) * 2019-08-09 2025-03-28 广州汽车集团股份有限公司 一种适用于低压egr系统的增压装置及低压egr系统
CN114607534B (zh) * 2022-03-24 2023-06-23 潍柴动力股份有限公司 一种行车被动再生egr冷却器的策略、装置及车辆

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012188944A (ja) * 2011-03-09 2012-10-04 Hino Motors Ltd Ｅｇｒ装置

Family Cites Families (34)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2191091B1 (de) * 1972-07-04 1975-03-07 Rhone Poulenc Ind
US3868830A (en) * 1973-08-31 1975-03-04 Nasa Condensate removal device for heat exchanger
JPH04159125A (ja) * 1990-10-23 1992-06-02 Nippondenso Co Ltd 車両用冷凍装置
JPH0814025A (ja) * 1994-06-24 1996-01-16 Tokyo Gas Co Ltd 内燃機関における排気ガス処理装置
JPH10259762A (ja) * 1997-03-19 1998-09-29 Nissan Diesel Motor Co Ltd ディーゼルエンジンのｅｇｒ装置
JP2001263979A (ja) 2000-03-17 2001-09-26 Honda Motor Co Ltd 凝縮器
US6301887B1 (en) * 2000-05-26 2001-10-16 Engelhard Corporation Low pressure EGR system for diesel engines
JP2002129933A (ja) * 2000-10-19 2002-05-09 Japan Science & Technology Corp 排気ガス処理装置とそれを使用した排気ガス処理方法
JP2003004389A (ja) * 2001-06-25 2003-01-08 Nissan Motor Co Ltd Ｅｇｒガス冷却装置
JP3751549B2 (ja) * 2001-09-21 2006-03-01 日野自動車株式会社 Ｅｇｒ装置
JP2003247460A (ja) * 2002-02-22 2003-09-05 Toyota Motor Corp 内燃機関の排気還流装置
BE1015880A3 (nl) 2004-02-03 2005-10-04 Atlas Copco Airpower Nv Warmtewisselaar.
DE102005050133A1 (de) * 2004-10-25 2006-04-27 Behr Gmbh & Co. Kg Turboladeranordnung und Verfahren zum Betreiben eines Turboladers
JPWO2007086418A1 (ja) * 2006-01-26 2009-06-18 株式会社小松製作所 流体の冷却装置
US7721543B2 (en) * 2006-10-23 2010-05-25 Southwest Research Institute System and method for cooling a combustion gas charge
DE102007025704A1 (de) * 2007-06-01 2008-12-04 Volkswagen Ag Brennkraftmaschine mit ND-EGR-Leitung
CN201159117Y (zh) * 2007-06-25 2008-12-03 靳北彪 同室内外燃发动机
US7530349B2 (en) * 2007-08-03 2009-05-12 Rim Julius J Hydrated EGR system, method and apparatus for reducing harmful exhaust emissions and improving fuel economy
JP2009150281A (ja) * 2007-12-19 2009-07-09 Toyota Motor Corp 内燃機関の排気還流装置
FR2925351B1 (fr) * 2007-12-20 2010-11-05 Valeo Systemes Thermiques Module de filtrage de produits de condensation pour echangeur de chaleur et ensemble forme par un echangeur de chaleur et son module de filtrage.
JP2009275673A (ja) * 2008-05-16 2009-11-26 Isuzu Motors Ltd Ｅｇｒシステム及びｅｇｒシステムの制御方法
CN101434419B (zh) * 2008-06-02 2013-04-24 肖光宇 一种内燃发动机用纯净水的回收与制取设置
CN201232582Y (zh) * 2008-07-10 2009-05-06 隆鑫工业有限公司 水冷发动机冷却循环系统
WO2010046978A1 (ja) * 2008-10-22 2010-04-29 トヨタ自動車株式会社 作動ガス循環型エンジン
WO2010092684A1 (ja) * 2009-02-13 2010-08-19 トヨタ自動車株式会社 作動ガス循環型エンジン
JP5289121B2 (ja) * 2009-03-19 2013-09-11 日野自動車株式会社 ＮＯｘ低減装置
WO2010128993A1 (en) 2009-05-06 2010-11-11 Api Heat Transfer Inc. Water separator and system
DE102009022986A1 (de) 2009-05-28 2010-12-02 Behr Gmbh & Co. Kg Wärmeübertrager
US20110168128A1 (en) * 2009-06-26 2011-07-14 Ethanol Boosting Systems Llc System for Variable Blending Of Ethanol And Exhaust Water For Use As An Anti-Knock Agent
DE102009046370B4 (de) * 2009-11-04 2017-03-16 Ford Global Technologies, Llc Verfahren und Anordnung zur Abgasrückführung bei einem Verbrennungsmotor
DE102010005784A1 (de) * 2010-01-27 2011-07-28 Audi Ag, 85057 Kraftwagen mit einer Abgasanlage
JP5533715B2 (ja) * 2010-04-09 2014-06-25 株式会社デンソー 排気熱交換装置
JP5803151B2 (ja) * 2011-03-03 2015-11-04 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の排気ガス還流装置
US9239020B2 (en) * 2012-10-16 2016-01-19 Ford Global Technologies, Llc Condensate accumulation model for an engine heat exchanger

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012188944A (ja) * 2011-03-09 2012-10-04 Hino Motors Ltd Ｅｇｒ装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of WO2014135518A1 *

Also Published As

Publication number Publication date
JP2016510868A (ja) 2016-04-11
KR101630139B1 (ko) 2016-06-13
WO2014135518A1 (de) 2014-09-12
DE102013203963A1 (de) 2014-09-11
US20160010596A1 (en) 2016-01-14
US9404447B2 (en) 2016-08-02
CN105121991B (zh) 2016-09-14
BR112015019078A8 (pt) 2019-11-12
JP6068686B2 (ja) 2017-01-25
KR20150123941A (ko) 2015-11-04
BR112015019078A2 (pt) 2017-07-18
CN105121991A (zh) 2015-12-02

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