WO2001012960A1 - Mischelement für ein in einem rohr geführtes fluid - Google Patents

Mischelement für ein in einem rohr geführtes fluid Download PDF

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Rolf BRÜCK
Katrin Schaper
Jan Hodgson
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Emitec Gesellschaft Für Emissionstechnologie Mbh
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    • F01N2240/20—Combination 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 flow director or deflector

Definitions

  • the present invention relates to a mixing element for a fluid guided in a pipe and a pipe, in particular an exhaust pipe of a motor vehicle, in which at least one such mixing element is installed.
  • Hot fluids guided in pipes for example the exhaust gas of an internal combustion engine, which are fed to a device, for example a three-way catalytic converter or a so-called NO ⁇ store, usually have an external flow cooled by the outer surface of the pipe and thus viewed over the flow cross section an inhomogeneous temperature distribution.
  • mixing elements in a tube, which in a cross-sectional plane of the tube either "peel" parts of the cooler external flow from the inner surface of the tube and guide them inward (also referred to below as the outer guide surface) or parts of the hotter internal flow to the outside (hereinafter also referred to as the inner guide surface).
  • the mixing elements are arranged inclined to a main flow direction. Therefore, and because of their series arrangement, a pair of known mixing elements requires a relatively long flow path for the mixing.
  • the outer guide surfaces have the disadvantage that, in the flow shadow behind the outer guide surfaces, a considerable part of the inner surface of the tube is hardly flowed through and is therefore eliminated for the heat exchange desired in most applications. This compensates for the cooling almost the advantage that the mixing of the inner and outer currents otherwise brings.
  • the use of the entire inner surface of the tube for cooling should essentially be ensured.
  • the fluid after flowing through the mixing element, the fluid should have a temperature distribution as uniform as possible over the flow cross-section, for example to avoid thermally induced local damage to a downstream device or premature aging.
  • the mixing element should be characterized by the possibility of its automatic production and compact design.
  • Another object of the invention is to provide a tube in which at least one such mixing element is installed.
  • the mixing element according to the invention for a fluid guided in a tube is characterized in that means are present in approximately a cross-sectional plane of the tube, by means of which parts of the external flow adjacent to the inner surface of the tube are simultaneously directed inwards and parts of the internal flow to the outside, which advantageously mixes hot and cooler flows with one another in such a way that there is an overall flow with a temperature distribution which is as homogeneous as possible and thermal damage to a downstream device is avoided.
  • Another advantage is that the mixing element according to the invention compared to the known mixing elements arranged in series as described above requires a significantly shorter flow path for the mixing of the external and internal flows of a fluid.
  • the mixing element preferably has at least one outer guide surface for deflecting the outer flow inwards and at least one inner guide surface for deflecting the inner flow outwards.
  • outer and inner guide surfaces inclined to the main flow direction.
  • the greater the inclination towards the main flow direction the greater the pressure loss but also the mixing.
  • the angle of inclination of the guide surfaces can therefore be adjusted depending on the flow conditions. They can also be different in the case of inner and outer guide surfaces, in particular if the total areas of the inner and outer guide surfaces are also different.
  • outer and inner guide surfaces be held on a common holding frame.
  • the holding frame is designed to be at least quadrangular, preferably hexagonal or as another polygon with an even number of corners.
  • the outer guide surface is preferably at least partially adapted to the contour of the inner surface of the tube, so that parts of an edge flow are advantageously “peeled off” from the inner surface of the tube and directed inwards.
  • the outer guide surface has at least one opening through which part of the outer flow continues to flow. This means that the part of the pipe surface directly behind an outer guide surface can also contribute to heat exchange.
  • the size of the opening should preferably be about 20 to 40% of the outer guide surface.
  • the opening is preferably designed as a circle segment open to the inner surface of the tube, so that the use of the entire tube surface for cooling is advantageously essentially ensured.
  • This circle segment can be cut out completely.
  • the segment used to form the opening is not completely cut off, but is only bent outward in the form of a tab connected to the mixing element, where it can serve for fastening to the inner surface of the tube.
  • the inner flow directed from the inside to the outside also gets a swirl in the circumferential direction, so that hot flows are again directed from the inside into the flow shadows behind the outer guide surfaces. It is therefore proposed to design the inner guide surfaces as swirl vanes.
  • the mixing element is preferably connected to the tube by joining technology, in particular welded or soldered, via the outer guide surfaces or the tabs bent outward therefrom.
  • the mixing element is preferably stamped from a sheet metal part or can be produced in one piece with a laser cut, which advantageously enables inexpensive automatic production.
  • the mixing element is at least partially coated. Coating the mixing element has the advantage that it ensures that the mixing element can withstand the thermal and dynamic loads that occur over a very long period of time. Furthermore, for example, a partial coating supports the formation of a joining connection of the mixing element with the pipe.
  • the pipe according to the invention in particular the exhaust pipe of a motor vehicle, is characterized in that at least one mixing element according to one of claims 1 to 16 is installed.
  • the arrangement according to the invention has at least the advantages of a largely homogeneous temperature distribution in the fluid after mixing the inner and outer flows and a small axial space requirement due to the reduced flow distance of the mixing element according to the invention.
  • the degree of mixing can advantageously be increased somewhat further if a second mixing element is arranged in the main flow direction in the tube behind the first mixing element in such a way that its inner or outer guide surfaces are offset from the inner or outer guide surfaces of the first mixing element.
  • a second mixing element is arranged in the main flow direction in the tube behind the first mixing element in such a way that its inner or outer guide surfaces are offset from the inner or outer guide surfaces of the first mixing element.
  • FIG. 1 is a side view of an inventive mixing element installed in an exhaust pipe of an internal combustion engine
  • FIG. 2 shows the mixing element according to the invention according to FIG. 1 in a front view
  • FIG 3 is a schematic development of the mixing element according to the invention according to Figures 1 and 2.
  • Fig. 4 is a swirl wing formed inner guide surface of the mixing element according to the invention in front view
  • Fig. 5 in the longitudinal axial section or partially in side view of a tube with two mixing elements according to the invention in series.
  • a mixing element 1 shows a side view of a mixing element 1 according to the invention installed in a pipe 2, for example an exhaust pipe of an internal combustion engine, not shown. Exhaust gas from an internal combustion engine (not shown) enters the exhaust pipe 2, in which the mixing element 1 is arranged such that parts of the outer surface adjacent to the inner surface 3 of the pipe 2 are simultaneously in approximately one plane Flow A is directed inwards and parts of the inner flow I outwards.
  • the mixing element 1 has three outer 4 and inner 5 guide surfaces, wherein, as is particularly clear from FIGS. 2 and 3, the outer guide surfaces 4 are trapezoidal and the inner guide surfaces 5 are triangular.
  • the outer guide surfaces 4 serve to deflect external flows A inwards; the inner guide surfaces 5 of the deflection of internal flows I to the outside.
  • outer 4 and inner 5 guide surfaces have an inclination to the main flow direction S, which in the mixing element 1 according to the exemplary embodiment for the outer guide surface 4 against the main flow direction S is approximately 45 ° and for the inner guide surface 5 in the main flow direction S is approximately 60 °.
  • Outer 4 and inner 5 guide surfaces are held on a common holding frame 6, which is preferably hexagonal in the mixing element 1 according to the exemplary embodiment.
  • the outer 4 and inner 5 guide surfaces are alternately arranged on the circumference of the holding frame 6 which lies completely within the flow cross-section and runs essentially in a flow-favorable manner parallel to the main flow direction S.
  • the sum of the areas of the outer guide surfaces 4 preferably corresponds approximately to the sum of the area of the inner guide surfaces 5, so that approximately equal proportions of external flows A are directed inwards and internal flows I are directed outwards.
  • the outer guide surface 4 preferably has at least one opening 7 through which part of the external flow continues to flow.
  • the opening 7 is designed as an approximately semicircular circle segment which is open to the inner surface 3 of the tube 2.
  • the outer guide surface 4 can have through holes (not shown) through which parts of the outer flow can also continue to flow.
  • the circle segment 9 to be removed to form the opening 7 can, as indicated in FIG. 3, also be incompletely separated from the guide surface 4 and bent outward along a bending line 10.
  • the internal flow I directed from the inside to the outside also gets a swirl in the circumferential direction, so that hot flow I from the inside is directed again in the flow shadow behind the outer guide surfaces 4 becomes. It is therefore advantageous if the inner guide surfaces 5 are designed as so-called swirl vanes, as is shown schematically in FIG. 4.
  • the mixing element 1 according to the embodiment of the invention is advantageously stamped from a sheet metal part or can be produced in one piece with a laser cut.
  • a corresponding development of the mixing element according to the invention is shown schematically in FIG. 3.
  • the mixing element can also be made from other materials, in particular correspondingly suitable plastics his. Manufacturing or cutting, stamping and forming, in particular deep drawing, injection molding and similar processes are used.
  • the outer 4 or inner 5 guide surfaces can first be reached to the desired one using known forming techniques, in particular by means of suitable presses Bend or bend the inclination and then form the corner shape of the frame, which ultimately only requires a joining connection, for example a weld, on its abutting sides 8.
  • Mixing elements 1 according to the invention that can be mass-produced at low cost are preferably suitable for installation in an exhaust pipe 2 of a motor vehicle, in particular in front of a honeycomb body, in particular a honeycomb body coated with catalytically active and / or acting as an adsorber.
  • a honeycomb body installed at the beginning, which guides the exhaust gas in a laminar flow for a long distance, in particular essentially without heat exchange from the outside in and vice versa
  • pipes according to the invention with one or more mixing elements 1 advantageously have a stronger cooling effect with lower pressure losses.
  • a second mixing element 1 ' can be arranged in the main flow direction S in the exhaust pipe 2 behind the first mixing element 1. It has proven to be advantageous to arrange the second mixing element 1 'in such a way that its outer 5' or inner 4 'guide surfaces are offset from the outer 5 or inner 4 guide surfaces of the first mixing element 1.
  • the teaching according to the invention is not limited to the area of exhaust technology shown in the exemplary embodiment. Rather, according to the invention Mixing elements 1, 1 'can be used wherever fluids guided in a pipe 2 are cooled or heated uniformly and / or should have a temperature distribution that is as homogeneous as possible, in particular in order to thermally cause local damage to a downstream device, in particular a NO ⁇ - To avoid memory.

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Abstract

Es wird ein Mischelement (1) für ein in einem Rohr (2) geführtes Fluid beschrieben, welches insbesondere in einem Abgasrohr einer Verbrennungskraftmaschine einsetzbar ist, bei dem in annähernd einer Ebene gleichzeitig Teile der zur Innenoberfläche (3) des Rohres (2) benachbarten äusseren Strömung A mittels einer äusseren Leitfläche (4) nach innen gelenkt werden und Teile der inneren Strömung I mittels einer inneren Leitfläche (5) nach aussen. Die Nutzung der gesamten Innenoberfläche (3) des Rohres (2) zur Kühlung wird bevorzugt durch wenigstens eine in der äusseren Leitfläche (4) vorgesehene Öffnung (7) gewährleistet. Insgesamt lässt sich mit der vorliegenden Erfindung auf einfache Weise eine homogene Temperaturverteilung und gute Kühlung für ein in einem Rohr (2) geführtes Fluid erreichen. Das erfindungsgemässe Mischelement (1) zeichnet sich gegenüber bekannten Mischelementen insbesondere durch seine kompakte Bauweise aus.

Description

Mischelement für ein in einem Rohr geführtes Fluid
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Mischelement für ein in einem Rohr geführtes Fluid sowie ein Rohr, insbesondere ein Abgasrohr eines Kraftfahrzeuges, in dem wenigstens ein solches Mischelement eingebaut ist.
Heiße, in Rohren geführte Fluide, beispielsweise das Abgas einer Verbrennungskraftmaschine, welche einer Vorrichtung, beispielsweise einem Dreiwege- Katalysator oder einem sogenannten NOχ-Speicher, zugeführt werden, weisen zumeist eine von der Außenfläche des Rohres gekühlte äußere Strömung und damit über den Strömungsquerschnitt betrachtet eine inhomogene Temperaturverteilung auf.
Zur Vergleichmäßigung inhomogener Temperaturverteilungen ist es bekannt, in einem Rohr Mischelemente anzuordnen, welche in einer Querschnittsebene des Rohres entweder Teile der kühleren äußeren Strömung von der Innenoberfläche des Rohres „abschälen" und nach innen lenken (im folgenden auch als äußere Leitfläche bezeichnet) oder Teile der heißeren Innenströmung nach außen (im folgenden auch als innere Leitfläche bezeichnet). Die Mischelemente sind zu einer Hauptströmungsrichtung geneigt angeordnet. Daher und wegen ihrer Reihenanordnung benötigt ein Paar bekannter Mischelemente eine relativ lange Strömungsstrecke für die Durchmischung.
Bei vielen Anwendungen ist auch eine möglichst effektive Kühlung der Strömung durch Wärmeaustausch mit der Umgebung erwünscht. Dabei weisen insbesondere die äußeren Leitflächen den Nachteil auf, daß im Strömungsschatten hinter den äußeren Leitflächen ein erheblicher Teil der Innenoberfläche des Rohres kaum angeströmt wird und dadurch für den in den meisten Anwendungsfällen er- wünschten Wärmeaustausch wegfällt. Dies kompensiert in Bezug auf die Kühlung nahezu den Vorteil, den die Durchmischung der inneren und äußeren Strömungen ansonsten bringt.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Mischelement für ein in einem Rohr geführtes Fluid anzugeben, welches die genannten Nachteile vermeidet. Insbesondere soll im wesentlichen die Nutzung der gesamten Innenoberfläche des Rohres zur Kühlung gewährleistet sein. Darüber hinaus soll das Fluid nach Durchströmung des Mischelementes eine möglichst gleichmäßige Temperaturverteilung über den Strömungsquerschnitt aufweisen, um beispielsweise eine thermisch bedingte lokale Schädigung einer nachgeordneten Vorrichtung oder eine frühzeitige Alterung, zu vermeiden. Schließlich soll das Mischelement sich durch die Möglichkeit zu seiner automatischen Fertigung und kompakte Bauweise auszeichnen. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Angabe eines Rohres, in dem wenigstens ein solches Mischelement eingebaut ist.
Diese Aufgabe wird durch ein Mischelement mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 und durch ein Rohr mit den Merkmalen gemäß Anspruch 16 gelöst. Zweckmäßige Weiterbildungen sind in den jeweils abhängigen Ansprüchen angegeben.
Das erfindungsgemäße Mischelement für ein in einem Rohr geführtes Fluid zeichnet sich dadurch aus, daß in annähernd einer Querschnittsebene des Rohres Mittel vorhanden sind, durch die gleichzeitig Teile der zur Innenoberfläche des Rohres benachbarten äußeren Strömung nach innen gelenkt werden und Teile der inneren Strömung nach außen, wodurch in vorteilhafter Weise heiße und kühlere Strömungen so miteinander durchmischt werden, daß eine Gesamtströmung mit einer möglichst homogenen Temperaturverteilung vorliegt und eine thermisch bedingte Schädigung einer nachgeordneten Vorrichtung vermieden wird. Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß das erfindungsgemäße Mischelement gegenüber den bekannten, wie Eingangs beschrieben in Reihe angeordneten Mischelementen eine deutlich verkürzte Strömungsstrecke für die Durchmischung der äußeren und inneren Strömungen eines Fluids benötigt.
Vorzugsweise weist das Mischelement zur Umlenkung der äußeren Strömung nach innen wenigstens eine äußere Leitfläche und zur Umlenkung der inneren Strömung nach außen wenigstens eine innere Leitfläche auf.
Insbesondere zur Minimierung von Druckverlusten im Fluid wird vorgeschlagen, äußere und innere Leitflächen zur Hauptströmungsrichtung geneigt anzuordnen. Dabei hat sich für die äußere Leitfläche eine Neigung gegenüber der Hauptströmungsrichtung unter einem Winkel von etwa 30° bis 60°, insbesondere unter einem Winkel von etwa 45° und für die innere Leitfläche ebenfalls eine Neigung gegenüber der Hauptströmungsrichtung unter einem Winkel von etwa 30° bis 60°, insbesondere unter einem Winkel von etwa 45°, als vorteilhaft herausgestellt. Je stärker die Neigung gegenüber der Hauptströmungsrichtung desto größer der Druckverlust aber auch die Durchmischung. Je nach Strömungsverhältnissen können daher die Neigungswinkel der Leitflächen angepaßt werden. Sie können auch bei inneren und äußeren Leitflächen unterschiedlich sein, insbesondere, wenn auch die Gesamtflächen der inneren und äußeren Leitflächen unterschiedlich sind.
Um eine einstückige Herstellung des Mischelementes zu ermöglichen wird vorgeschlagen, daß äußere und innere Leitflächen an einem gemeinsamen Halterahmen gehaltert sind.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist dazu der Halterahmen wenigstens viereckig, vorzugsweise sechseckig oder als sonstiges Vieleck gerader Eckenzahl ausgebildet.
Zur gleichmäßigeren Durchmischung wird vorgeschlagen, äußere und innere Leit- flächen abwechselnd am Umfang des Halterahmens anzuordnen, wobei bevorzugt die Fläche einer äußeren Leitfläche in etwa der Fläche einer inneren Leitfläche entspricht.
Erfindungsgemäß bevorzugt ist die äußere Leitfläche wenigstens teilweise der Kontur der Innenoberfläche des Rohres angepaßt, so daß in vorteilhafter Weise auch Teile einer Randströmung von der Innenoberfläche des Rohres „abgeschält" und nach innen gelenkt werden.
Zur Verbesserung eines Wärmeaustausches zwischen Fluid und Rohraußenwand weist die äußere Leitfläche wenigstens eine Öffnung aufweist, durch die ein Teil der äußeren Strömung weiter strömt. Dadurch kann auch der direkt hinter einer äußeren Leitfläche liegende Teil der Rohroberfläche noch zum Wärmeaustausch beitragen. Dabei sollte die Größe der Öffnung bevorzugt etwa 20 bis 40 % der äußeren Leitfläche betragen.
Erfindungsgemäß bevorzugt ist die Öffnung als ein zur Innenoberfläche des Rohres geöffnetes Kreissegment ausgebildet, so daß in vorteilhafter Weise die Nutzung der gesamten Rohrfläche zur Kühlung im wesentlichen gewährleistet ist. Dieses Kreissegment kann vollständig ausgeschnitten werden. Besonders günstig ist es aber, wenn das zur Bildung der Öffnung dienende Segment nicht vollständig abgeschnitten, sondern in Form einer mit dem Mischelement verbundenen Lasche nur nach außen gebogen wird, wo es zur Befestigung an der Innenoberfläche des Rohres dienen kann.
Besonders günstig ist es, wenn alternativ oder kumulativ hierzu die von innen nach außen gelenkte innere Strömung zusätzlich noch einen Drall in Umfangs- richtung bekommt, so daß direkt wieder heiße Strömungen von innen in den Strömungsschatten hinter die äußeren Leitflächen gelenkt werden. Daher wird vorgeschlagen, die inneren Leitflächen als Drallflügel auszubilden. Bevorzugt ist das Mischelement über die äußeren Leitflächen oder die daraus nach außen gebogenen Laschen mit dem Rohr fügetechnisch verbunden, insbesondere angeschweißt oder angelötet.
Erfindungsgemäß bevorzugt ist das Mischelement aus einem Blechteil gestanzt oder mit Laser geschnitten einstückig herstellbar, wodurch in vorteilhafter Weise eine preiswerte automatische Fertigung ermöglicht wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Mischelement mindestens teilwei- se beschichtet. Eine Beschichtung des Mischelementes hat den Vorteil, daß diese gewährleistet, daß das Mischelement auftretenden thermischen und dynamischen Belastungen über einen sehr langen Zeitraum standhält. Weiterhin unterstützt beispielsweise eine partielle Beschichtung die Ausbildung einer fügetechnischen Verbindung des Mischelementes mit dem Rohr.
Das erfindungsgemäße Rohr, insbesondere Abgasrohr eines Kraftfahrzeuges, zeichnet sich dadurch aus, daß wenigstens ein Mischelement nach einem der Ansprüche 1 bis 16 eingebaut ist. Gegenüber bekannten Rohren mit in Reihe angeordneten Mischelementen weist die erfindungsgemäße Anordnung wenigstens die Vorteile einer weitestgehenden homogenen Temperaturverteilung im Fluid nach Durchmischung der inneren und äußeren Strömungen und eines geringen axialen Platzbedarfes aufgrund der verringerten Strömungsstrecke des erfindungsgemäßen Mischelementes auf.
Der Durchmischungsgrad läßt sich in vorteilhaft etwas weiter steigern, wenn in Hauptströmungsrichtung im Rohr hinter dem ersten Mischelement ein zweites Mischelement so angeordnet ist, daß dessen inneren beziehungsweise äußeren Leitflächen zu den inneren beziehungsweise äußeren Leitflächen des ersten Mischelementes versetzt sind. Für die Stromlinie einer gedachten stationären Strö- mung würde dies bedeuten, daß Teile beispielsweise der äußeren Strömung durch das erste Mischelement nach innen gelenkt würden und durch das nachgeordnete zweite Mischelement wieder nach außen.
Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden nun anhand eines Ausfuhrungsbeispiels aus der Kfz-Industrie, auf welches die Erfindung jedoch nicht beschränkt ist, und unter Bezugnahme auf die Zeichnung detailliert erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 ein in einem Abgasrohr einer Verbrennungskraftmaschine eingebautes erfindungsgemäßes Mischelement in der Seitenansicht;
Fig. 2 das erfindungsgemäße Mischelement gemäß Fig. 1 in der Vorderansicht;
Fig. 3 eine schematische Abwicklung des erfindungsgemäßen Mischelementes nach den Figuren 1 und 2;
Fig. 4 eine als Drallflügel ausgebildete innere Leitfläche des erfindungsgemäßen Mischelementes in der Vorderansicht und
Fig. 5 im Längsachsialschnitt bzw. teilweise in Seitenansicht ein Rohr mit zwei erfindungsgemäßen Mischelementen in Serie.
In Figur 1 ist in prinzipieller Darstellung ein in einem Rohr 2, beispielsweise einem Abgasrohr einer nicht dargestellten Verbrennungskraftmaschine, eingebautes erfindungsgemäßes Mischelement 1 in der Seitenansicht dargestellt. Von einer nicht dargestellten Verbrennungskraftmaschine gelangt Abgas in das Abgasrohr 2, in welcher das Mischelement 1 so angeordnet ist, daß in annähernd einer Ebene gleichzeitig Teile der zur Innenoberfläche 3 des Rohres 2 benachbarten äußeren Strömung A nach innen gelenkt werden und Teile der inneren Strömung I nach außen.
Dazu weist das Mischelement 1 nach dem Ausführungsbeispiel je drei äußere 4 und innere 5 Leitflächen auf, wobei, wie insbesondere aus den Figuren 2 und 3 deutlich wird, die äußeren Leitflächen 4 trapezähnlich und die inneren Leitflächen 5 dreieckig ausgebildet sind. Die äußeren Leitflächen 4 dienen der Umlenkung äußerer Strömungen A nach innen; die inneren Leitflächen 5 der Umlenkung innerer Strömungen I nach außen. Insbesondere zur Minimierung von Druckverlu- sten im Fluid weisen äußere 4 und innere 5 Leitflächen zur Hauptströmungsrichtung S eine Neigung auf, welche beim Mischelement 1 nach dem Ausführungsbeispiel für die äußere Leitfläche 4 entgegen der Hauptströmungsrichtung S etwa 45 ° und für die innere Leitfläche 5 in Hauptströmungsrichtung S etwa 60 ° beträgt.
Äußere 4 und innere 5 Leitflächen sind an einem gemeinsamen Halterahmen 6 gehaltert, welcher beim Mischelement 1 nach dem Ausführungsbeispiel vorzugsweise sechseckig ausgebildet ist.
Am Umfang des vollständig innerhalb des Strömungsquerschnitts liegenden und im wesentlichen strömungsgünstig parallel zur Hauptströmungsrichtung S verlaufenden Halterahmens 6 sind die äußeren 4 und inneren 5 Leitflächen abwechselnd angeordnet. Die Summe der Flächen der äußeren Leitflächen 4 entspricht bevorzugt in etwa der Summe der Fläche der inneren Leitflächen 5, so daß in vorteil- hafter Weise etwa gleiche Anteile äußerer Strömungen A nach innen und innere Strömungen I nach außen geleitet werden.
Wie insbesondere aus den Figuren 2 oder 3 ersichtlich ist, ist jeweils die längste
Seite der trapezähnlichen äußeren Leitflächen 4 wenigstens teilweise der Kontur der Innenoberfläche 3 des Abgasrohres 2 angepaßt. Dies erlaubt z. B. in vorteil- hafter Weise eine fügetechnische Verbindung des Mischelementes 1 mit dem Abgasrohr 2 über die äußeren Leitflächen 4.
Zudem weist die äußere Leitfläche 4 vorzugsweise wenigstens eine Öffnung 7 auf, durch die ein Teil der äußeren Strömung weiter strömt. Beim Mischelement 1 nach dem Ausführungsbeispiel ist die Öffnung 7 als ein zur Innenoberfläche 3 des Rohres 2 geöffnetes etwa halbkreisförmiges Kreissegment ausgebildet ist. Alternativ oder kumulativ kann die äußere Leitfläche 4 Durchgangsbohrungen (nicht dargestellt) ausweisen, durch die gleichfalls Teile der äußeren Strömung weiter strömen können. Das zur Bildung der Öffnung 7 zu entfernende Kreissegment 9 kann, wie in Figur 3 angedeutet auch unvollständig von der Leitfläche 4 getrennt und entlang einer Knicklinie 10 nach außen gebogen werden. Auch so entsteht die gewünschte Öffnung 7, jedoch bildet das nach außen gebogene Kreissegment 9 eine Befestigungsasche, die im wesentlichen an der Innenoberfläche 3 des Rohres 2 anliegt und mit diesem fugetechnisch flächig oder punktuell verbunden werden kann. Diese Art der Verbindung ist in vielen Fällen besser herstellbar als eine Verbindung zwischen dem Rand der äußeren Leitfläche 4 und dem Rohr 2.
Besonders günstig ist es, wenn alternativ oder kumulativ zu der Öffnung 7 die von innen nach außen gelenkte innere Strömung I zusätzlich noch einen Drall in Um- fangsrichtung bekommt, so daß direkt wieder heiße Strömung I von innen in den Strömungsschatten hinter die äußeren Leitflächen 4 gelenkt wird. Daher ist es von Vorteil, wenn die inneren Leitflächen 5 als sogenannte Drallflügel ausgebildet sind, so wie das in Fig. 4 schematisch dargestellt ist.
Das erfindungsgemäße Mischelement 1 nach dem Ausführungsbeispiel ist in vorteilhafter Weise aus einem Blechteil gestanzt oder mit Laser geschnitten einstük- kig herstellbar. Eine entsprechende Abwicklung des erfindungsgemäßen Mischelementes ist schematisch in Fig. 3 gezeigt. Je nach Fluid und Anwendung, bei- spielsweise Heißwasseranwendungen, kann das Mischelement aber auch aus anderen Materialien, insbesondere entsprechend geeigneten Kunststoffen gefertigt sein. Als Fertigungstechniken kommen Schneiden oder Stanzen und Umformen, insbesondere Tiefziehen, Spritzgußtechnik und ähnliche Verfahren zur Anwendung.
Ist Blech oder ähnliches das Ausgangsmaterial des Mischelementes 1, so lassen sich nach dem Stanzen oder Laserschneiden der in Fig. 3 schematisch dargestellten abgewickelten Grundform des Mischelementes 1 mittels bekannter Umformtechniken, insbesondere mittels geeigneter Pressen, zunächst die äußeren 4 beziehungsweise inneren 5 Leitflächen bis zur gewünschten Neigung auf- beziehungs- weise abbiegen und anschließend die Eckform des Rahmens formen, welcher schließlich lediglich an seinen Stoßseiten 8 einer fügetechnischen Verbindung, beispielsweise einer Verschweißung, bedarf.
So in Massen preiswert fertigbare erfindungsgemäße Mischelemente 1 eignen sich vorzugsweise zum Einbau in einem Abgasrohr 2 eines Kraftfahrzeuges, insbesondere vor einem Wabenkörper, insbesondere einem mit katalytisch aktivem und/oder als Adsorber wirkenden Material beschichteten Wabenkörper. Im Gegensatz zu Rohren mit einem am Anfang eingebauten Wabenkörper, welcher für eine lange Strecke das Abgas in einer laminaren Strömung, insbesondere im we- sentlichen ohne Wärmeaustausch von außen nach innen und umgekehrt führt, weisen erfindungsgemäße Rohre mit einem oder mehreren Mischelementen 1 in vorteilhafter Weise eine stärkere Kühlwirkung bei geringeren Druckverlusten auf.
Gemäß Figur 5 kann in Hauptströmungsrichtung S im Abgasrohr 2 hinter dem ersten Mischelement 1 ein zweites Mischelement 1 ' angeordnet werden. Als vorteilhaft hat sich dabei erwiesen, das zweite Mischelement 1 ' so anzuordnen, daß dessen äußere 5' beziehungsweise innere 4' Leitflächen zu den äußeren 5 beziehungsweise inneren 4 Leitflächen des ersten Mischelementes 1 versetzt stehen.
Die erfindungsgemäße Lehre ist nicht auf den im Ausführungsbeispiel dargestellten Bereich der Abgstechnik beschränkt. Vielmehr können erfindungsgemäße Mischelemente 1, 1 ' überall dort Verwendung finden, wo in einem Rohr 2 geführte Fluide gleichmäßig gekühlt oder erwärmt werden und /oder eine möglichst homogene Temperaturverteilung aufweisen sollen, insbesondere um eine thermisch bedingte lokale Schädigung einer nachgeordneten Vorrichtung, insbesonde- re eines NOχ-Speichers zu vermeiden.
Bezugszeichenliste
1, 1 ' Mischelement
2 Rohr
3 Innenoberfläche des Rohres 2
4, 4' äußere Leitfläche
5, 5' innere Leitfläche
6 Halterahmen
7 Öffnung
8 Stoßseiten
9 Befestigungslasche
10 Knicklinie
A äußere Strömung
I innere Strömung
S Hauptströmungsrichtung

Claims

12 -Patentansprüche
1. Mischelement (1) für ein in einem Rohr (2) geführtes Fluid, dadurch gekennzeichnet, daß in annähernd einer Querschnittsebene des Rohres (2) gleichzeitig Mittel (4) zur Umlenkung von Teilen der zur Innenoberfläche (3) des Rohres (2) benachbarten äußeren Strömung (A) nach innen gelenkt werden und Mittel (5) zur Umlenkung von Teilen der inneren Strömung (I) nach außen vorhanden sind
2. Mischelement (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Umlenkung der äußeren Strömung (A) nach innen wenigstens eine äußere Leitfläche (4) und zur Umlenkung der inneren Strömung I nach außen wenigstens eine innere Leitfläche (5) umfassen.
3. Mischelement (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Leitfläche (4) um einen Winkel von 30° bis 60° zur Hauptströmungsrichtung S geneigt ist, insbesondere unter einem Winkel von etwa 45 °.
4. Mischelement (1) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Leitfläche (5) um eine Winkel von 30° bis 60° zur Hauptströmungsrichtung S geneigt ist, insbesondere unter einem Winkel von etwa
45°.
5. Mischelement (1) nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß äußere (4) und innere (5) Leitfläche an einem gemeinsamen Halterahmen (6) gehaltert sind.
6. Mischelement (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Halterahmen (6) wenigstens viereckig, vorzugsweise sechseckig oder als sonstiges Vieleck gerader Eckenzahl ausgebildet ist.
7. Mischelement (1) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß äußere (4) und innere (5) Leitflächen abwechselnd am Umfang des Halterahmens (6) angeordnet sind.
8. Mischelement (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche einer äußeren Leitfläche (4) in etwa der Fläche einer inneren Leitfläche (5) entspricht.
9. Mischelement (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekenn- zeichnet, daß die äußere Leitfläche (4) wenigstens teilweise der Kontur der
Innenoberfläche (3) des Rohres (2) angepaßt ist.
10. Mischelement (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Leitfläche (4) wenigstens eine Öffnung (7) auf- weist, durch die ein Teil der äußeren Strömung (A') weiter strömt.
11. Mischelement (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung (7) als ein zur Innenoberfläche (3) des Rohres (2) geöffnetes Kreissegment ausgebildet ist.
12. Mischelement (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Leitfläche (5) als Drallflügel ausgebildet ist, so daß die von innen nach außen gelenkte Strömung I einen Drall in Um- fangsrichtung bekommt.
13. Mischelement (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Mischelement (1) über die äußeren Leitflächen (4) mit dem Rohr (2) fügetechnisch verbunden, insbesondere angeschweißt oder angelötet, ist.
14. Mischelement (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es einstückig aus einem Blechteil gestanzt oder mit Laser geschnitten ist.
15. Mischelement (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es mindestens teilweise beschichtet ist.
16. Rohr (2), insbesondere Abgasrohr eines Kraftfahrzeuges, in dem wenigstens ein Mischelement (1) nach einem der vorherigen Ansprüche einge- baut ist.
17. Rohr (2) nach Anspruch 16, in dem in einer Hauptströmungsrichtung (S) hinter einem ersten Mischelement (1) wenigstens ein zweites Mischelement (1') so angeordnet ist, daß dessen innere (5') beziehungsweise äußere (4') Leitflächen zu den inneren (5) beziehungsweise äußeren (4) Leitflächen des ersten Mischelementes (1) versetzt sind.
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