WO2010015433A1 - Wärmeübertragungseinheit für eine verbrennungskraftmaschine - Google Patents

Wärmeübertragungseinheit für eine verbrennungskraftmaschine Download PDF

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WO2010015433A1
WO2010015433A1 PCT/EP2009/056135 EP2009056135W WO2010015433A1 WO 2010015433 A1 WO2010015433 A1 WO 2010015433A1 EP 2009056135 W EP2009056135 W EP 2009056135W WO 2010015433 A1 WO2010015433 A1 WO 2010015433A1
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fluid
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Hans-Ulrich Kühnel
Dieter Jelinek
Michael Sanders
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    • F28F2255/00—Heat exchanger elements made of materials having special features or resulting from particular manufacturing processes
    • F28F2255/14—Heat exchanger elements made of materials having special features or resulting from particular manufacturing processes molded

Definitions

  • the invention relates to a heat transfer unit for an internal combustion engine, in particular for cooling exhaust gases, with a channel through which a fluid to be cooled has an inlet and an outlet, a channel through which a cooling fluid flows, at least one partition wall which separates the fluid to be cooled flowed through channel separates from the coolant flowing through the channel, and ribs, which extend from the dividing wall in the flowed through by the fluid to be cooled and in the main flow direction of the fluid to be cooled.
  • Heat transfer units for internal combustion engines are well known and are described in a variety of applications. They are used both for cooling gases, such as charge air or exhaust gas or for cooling liquids such as oil.
  • heat exchangers are known.
  • tube bundle coolers plate-type coolers or die-cast coolers.
  • coolers produced in particular by the die casting method have been developed in which ribs protrude from the partitions between a channel through which the cooling fluid flows and a channel through which a fluid to be cooled flows into the channel through which the fluid to be cooled flows. These ribs significantly improve the heat transfer, especially at high temperature gradients.
  • Such a heat exchanger is known for example from DE 20 2006 009 464 Ul.
  • the heat exchanger disclosed here has an inner shell and an outer shell, the channel through which coolant flows here in the inner housing is formed of the heat exchanger and this channel is surrounded by a flow channel through which exhaust gas, protrude into the ribs, and which is arranged between the inner and outer shell.
  • FIG. 10 2006 029 043 A1 Another embodiment of a heat exchanger with such a rib shape is known from DE 10 2006 029 043 A1.
  • This heat exchanger also consists of an outer shell and an inner shell, which serves as a partition of an inner, exhaust gas flowed channel into which the ribs protrude, from an outer channel through which coolant flows, which is thus arranged between the inner and outer shell.
  • the flow-through cross section over the flow path is reduced correspondingly to reduce the density of the exhaust gas. Due to the higher flow rate in the outlet area, the insulating boundary layers are reduced, which increases the cooling capacity.
  • a disadvantage of this embodiment is that the reduced free cross-section between the ribs, especially in the colder exhaust gas leads to increased sooting, whereby the efficiency of the radiator decreases.
  • DE 10 2004 045 923 A1 discloses various rib shapes which differ in terms of width, length, height and overlap. These are either ribs of constant cross section or ribs with two opposite wings. These serve to improve the heat transfer capability with only a slight increase in pressure loss. Heat exchangers with one of the embodiments described herein are also known in Their efficiency is limited because no adjustment is made with respect to the different temperature gradients present and the consequent different tendency to soot.
  • the channel through which the fluid to be cooled has two successive sections in the main flow direction, wherein the ribs in their outflow region in the first section have a constant cross section in the main flow direction and in the second section have a cross-section widening in the main flow direction.
  • the second part which tends mainly to soot
  • an additional vortex formation is produced by the widening cross-section, which leads to significantly less soot settling on the fin walls due to the increased turbulence.
  • the cooling performance remains largely constant over the entire life of the heat transfer unit.
  • the pressure loss can be kept small by the ribs of constant cross-section.
  • the longitudinal axes of the ribs in the first section are arranged at a smaller distance from one another than in the second section.
  • the cooling performance is increased due to the high flow velocities and the resulting thin insulating boundary layers, while in the second section thicker boundary layers are dissolved by the turbulences present.
  • the greater distance in this second section leads to lower flow velocities but also to a lower pressure drop and reduced soot formation on the walls of the ribs.
  • the residence time is increased.
  • the cooling capacity can be kept approximately constant over the entire heat exchanger, while the formation of soot is reduced.
  • the ribs arranged in the second section have a linear leading edge, from where two side walls extend, wherein the angle between tangents placed on the two side walls in the main flow direction first steadily decreases until the side walls are parallel to each other and in the outflow region the angle grows again between the tangents placed on the sidewalls.
  • the sooting in the heat transfer unit is significantly reduced, without sacrificing cooling capacity or to increase the pressure loss. This leads after a high number of operating hours compared to known designs to improved cooling performance.
  • the figure shows a plan view of a heat transfer unit according to the invention in a schematic representation.
  • the heat transfer unit shown in the figure consists of a housing 2, in which a channel 4 through which a fluid to be cooled flows as well as a channel 6 through which a cooling fluid flows. Since problems with excessive sooting especially occur when using such a heat transfer unit as an exhaust gas cooler due to the soot therein, hereinafter referred to as the exhaust gas flowing through channel 4 is flowed through by the fluid to be cooled for ease of understanding.
  • the housing 1 consists of a single or multi-part inner shell 8 and an outer shell 10 surrounding the inner shell 8, which is arranged substantially at a distance from the inner shell 8.
  • the channel 6 through which the cooling fluid flows is, in the present exemplary embodiment, arranged between the inner shell 8 and the outer shell 10 and thus surrounds the channel 4 through which the fluid to be cooled flows, which is bounded by the peripheral walls of the inner shell 8.
  • the peripheral walls of the inner shell 8 form a partition 12 between the two fluids in heat exchange.
  • ribs 14, 16 extend from two opposite sides to improve the heat transfer into the exhaust gas flow channel 4, which are shown in the figure in longitudinal section.
  • the inner shell 8 has an inlet 18 and an opposite outlet 20 for the exhaust gas.
  • Inlet and outlet of the coolant flow channel 6 are not shown in the drawing and can be formed for example by pipe sockets in the outer shell. Of course, it would also be possible to form this exhaust gas flow channel U-shaped, so that inlet 18 and outlet 20 would be arranged side by side.
  • Exhaust gas flowing into the heat transfer unit firstly passes from the inlet 14 into a first section 22 in which ribs 14 are arranged which have a leading edge 24 and two side walls 26, 28 extending linearly from this leading edge 24, their tangents to one another in the main flow direction of the exhaust gas seen continuously shrinking angle until the side walls 26, 28 parallel to each other.
  • This parallelism is maintained even in a discharge area 30 to the end of the ribs 14.
  • the side walls 22, 24 close to an end wall 32 an angle of approximately 90 °. There are thus at the end of the ribs 14 two trailing edges 34, from which the exhaust gas in the channel 4 can continue to flow.
  • the exhaust gas After flowing through the first section 22, which in the present embodiment is formed by two rows of ribs 14, the exhaust gas passes ström in a second portion 36 in which the differently shaped ribs 16 are arranged.
  • This second portion 36 consists of five successively arranged rows of ribs 16, wherein both the first portion 22 and the second portion 36, the ribs 14, 16 are each offset from the ribs 14, 16 of the following series.
  • the ribs 16 of the second section 36 have a leading edge 38 and two side walls 40, 42 which extend linearly from this leading edge 38 and whose tangents to each other enclose a steadily decreasing angle in the main flow direction of the exhaust gas until the side walls 40, 42 parallel to each other.
  • the angle between the tangents of the side walls 40, 42 increases again in the flow direction in the outflow region 44.
  • the cross section of the ribs 16 in the flow direction in the outflow region 44 increases while this cross section remains constant in the outflow region 30.
  • two trailing edges 46 are formed between the end of the side walls 40, 42 and an end wall 48 perpendicular to the main flow direction. Accordingly, the included angle between a tangent to one of the side walls 40, 42 in the discharge region 44 and the end wall 48 is smaller as 90 °.
  • the respective rib shapes are modeled to achieve an approximately constant free flow cross-section in the respective section due to the staggered rows of ribs in each second row of ribs as a half rib on the side walls.
  • the construction of the heat transfer unit can be chosen differently and the scope of this application is not limited to die cast coolers.
  • the direction of the flow in the course of the heat transfer unit can be changed.
  • the length of the two successive sections can be optimized depending on the use.
  • the distances actually used the rib axes must be optimized depending on the size and design of the heat transfer unit.
  • Various other modifications are conceivable.

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Abstract

Es sind Wärmeübertragungseinheiten mit über die Lauflänge unterschiedlichen Rippenabständen zur Erhöhung der Kühlleistung bekannt. Diese weisen häufig Probleme wegen zu hoher Versottung auf. Erfindungsgemäß wird nun vorgeschlagen, dass der vom zu kühlenden Fluid durchströmte Kanal (4) zwei in Hauptströmungsrichtung aufeinanderfolgende Abschnitte (22, 36) aufweist, wobei die Rippen (14, 16) in ihrem Abströmbereich (30,44) im ersten Abschnitt (22) einen in Hauptströmungsrichtung konstanten Querschnitt aufweisen und im zweiten Abschnitt (36) einen sich in Hauptströmungsrichtung erweiternden Querschnitt aufweisen. Hierdurch wird die Versottung im hinteren Bereich der Wärmeübertragungsein- heit bei gleich bleibender Kühlleistung herabgesetzt.

Description

B E S C H R E I B U N G
Wärmeübertragungseinheit für eine Verbrennungskraftmaschine
Die Erfindung betrifft eine Wärmeübertragungseinheit für eine Verbrennungskraftmaschine, insbesondere zur Kühlung von Abgasen, mit einem von einem zu kühlenden Fluid durchströmten Kanal, der einen Einlass und einen Auslass aufweist, einem von einem Kühlfluid durchströmten Kanal, zumindest einer Trennwand, die den vom zu kühlenden Fluid durchströmten Kanal von dem vom Kühl- fluid durchströmten Kanal trennt, und Rippen, die sich von der Trennwand in den vom zu kühlenden Fluid durchströmten Kanal und in Hauptströmungsrichtung des zu kühlenden Fluids erstrecken.
Wärmeübertragungseinheiten für Verbrennungskraftmaschinen sind allgemein bekannt und werden in einer Vielzahl von Anmeldungen beschrieben. Sie dienen sowohl zur Kühlung von Gasen, wie beispielsweise Ladeluft oder Abgas oder zur Kühlung von Flüssigkeiten wie beispielsweise Öl.
Nichtzuletzt aufgrund der vielfältigen Anwendungen sind sehr unterschiedliche Bauformen der Wärmeübertrager bekannt. Hier sind insbesondere Rohrbündelkühler, Kühler in Plattenbauweise oder auch Druckgusskühler zu nennen.
Insbesondere bei der Kühlung von Abgas ist eine zu große Versottung der von Abgas durchströmten Kanäle zu verhindern, so dass die Kanäle im Querschnitt nicht zu klein gewählt werden sollten. Um dennoch einen ausreichend guten Wärmeübergang sicherzustellen, wurden insbesondere im Druckgussverfahren hergestellte Kühler entwickelt, bei denen von den Trennwänden zwischen einem vom Kühlfluid durchströmten Kanal und einem von einem zu kühlenden Fluid durchströmten Kanal Rippen in den vom zu kühlenden Fluid durchströmten Kanal ragen. Diese Rippen verbessern insbesondere bei hohen Temperaturgradienten deutlich den Wärmeübergang.
Ein derartiger Wärmetauscher ist beispielsweise aus der DE 20 2006 009 464 Ul bekannt. Der hier offenbarte Wärmetauscher weist eine Innen- und eine Außen- schale auf, wobei der von Kühlmittel durchströmte Kanal hier im Innengehäuse des Wärmetauschers ausgebildet ist und dieser Kanal von einem Abgas durchströmten Kanal, in den Rippen ragen, und der zwischen Innen- und Außenschale angeordnet ist, umgeben ist. In den Kanal ragen von der Trennwand zwischen den beiden Kanälen über die gesamte Länge des Fluid durchströmten Kanals Rippen, die in Reihen hintereinander angeordnet sind und jeweils eine Anströmkante aufweisen, an die sich zwei Seitenwände anschließen, wobei der Winkel zwischen den beiden Tangenten zu jeder Seitenwand der Rippen in einem vorderen Bereich stetig abnimmt, bis der eingeschlossene Winkel 0° beträgt und somit die beiden Seitenwände in einem hinteren Bereich parallel zueinander verlaufen. Am Ende jeder Rippe münden beide Seitenwände an je eine Abströmkante, so dass zwischen einer Hinterwand jeder Rippe und den Seitenwänden ein rechter Winkel besteht. Durch diese Ausführung wird ein sehr guter Wärmeübergang und somit eine hohe Kühlleistung erreicht.
Eine weitere Ausführung eines Wärmetauschers mit einer derartigen Rippenform ist aus der DE 10 2006 029 043 Al bekannt. Dieser Wärmetauscher besteht ebenfalls aus einer Außenschale und einer Innenschale, die als Trennwand eines inneren, Abgas durchströmten Kanals, in den die Rippen ragen, von einem äußeren, Kühlmittel durchströmten Kanals dient, der somit zwischen Innen- und Au- ßenschale angeordnet ist. Zur Verwirklichung einer besseren Kühlleistung und eines geringeren Druckverlustes wird bei dieser Ausführung der durchströmbare Querschnitt über den Strömungsverlauf entsprechend zur Verringerung der Dichte des Abgases verringert. Durch die höhere Strömungsgeschwindigkeit im Auslassbereich werden die isolierend wirkenden Grenzschichten verringert, wodurch die Kühlleistung steigt. Nachteilig an dieser Ausführung ist jedoch, dass der verringerte freie Querschnitt zwischen den Rippen insbesondere bei dem kälteren Abgas zu einer erhöhten Versottung führt, wodurch der Wirkungsgrad des Kühlers nachlässt.
Zusätzlich sind aus der DE 10 2004 045 923 Al verschiedene Rippenformen bekannt, die sich in Breite, Länge, Höhe und Überlappung voneinander unterscheiden. Es handelt sich dabei entweder um Rippen konstanten Querschnitts oder um Rippen mit zwei gegenüberliegenden Flügeln. Diese dienen zur Verbesserung der Wärmeübertragungsfähigkeit bei nur gering ansteigendem Druckverlust. Auch Wärmeübertrager mit einer der hierin beschriebenen Ausführungsformen sind in ihrem Wirkungsgrad eingeschränkt, da keine Anpassung bezüglich der unterschiedlichen vorliegenden Temperaturengradienten und der daraus folgenden unterschiedlichen Versottungsneigung vorgenommen wird.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Wärmeübertragungseinheit bereitzustellen, bei der die Kühlleistung im Vergleich zu bekannten Ausführungen zumindest erhalten bleiben soll, jedoch die Verrußung und Versottung verringert wird. Hierdurch ergäbe sich über die gesamte Lebensdauer der Wärmeübertragungseinheit betrachtet insbesondere nach einer hohen Anzahl an Betriebsstunden ein gerin- gerer Druckverlust bei gesteigerter Kühlleistung.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der vom zu kühlenden Fluid durchströmte Kanal zwei in Hauptströmungsrichtung aufeinanderfolgende Abschnitte aufweist, wobei die Rippen in ihrem Abströmbereich im ersten Abschnitt einen in Hauptströmungsrichtung konstanten Querschnitt aufweisen und im zweiten Abschnitt einen sich in Hauptströmungsrichtung erweiternden Querschnitt aufweisen. Somit wird in dem hauptsächlich zur Verrußung neigenden zweiten Abschnitt durch den sich erweiternden Querschnitt eine zusätzliche Wirbelbildung erzeugt, die dazu führt, dass sich durch die erhöhte Turbulenz deutlich weniger Ruß an den Rippenwänden festsetzt. Hierdurch bleibt die Kühlleistung über die gesamte Lebensdauer der Wärmeübertragungseinheit weitestgehend konstant. Im vorderen Bereich kann der Druckverlust durch die Rippen konstanten Querschnitts klein gehalten werden.
In einer weiterführenden Ausführungsform sind die Längsachsen der Rippen im ersten Abschnitt in geringerem Abstand zueinander angeordnet als im zweiten Abschnitt. Somit wird im ersten Abschnitt die Kühlleistung aufgrund der hohen Strömungsgeschwindigkeiten und der daraus resultierenden dünnen isolierenden Grenzschichten erhöht, während im zweiten Abschnitt dickere Grenzschichten durch die vorhandenen Turbulenzen aufgelöst werden. Der größere Abstand in diesem zweiten Abschnitt führt zwar zu geringeren Strömungsgeschwindigkeiten jedoch auch zu einem geringeren Druckverlust und einer reduzierten Rußbildung an den Wänden der Rippen. Des Weiteren wird die Verweilzeit erhöht. Über den gesamten Wärmetauscher kann somit die Kühlleistung etwa konstant gehalten werden, während die Rußbildung verringert wird. In einer bevorzugten Ausführungsform weisen die im zweiten Abschnitt angeordneten Rippen eine linienförmige Anströmkante auf, von wo aus sich zwei Seitenwände erstrecken, wobei der Winkel zwischen an die beiden Seitenwände gelegte Tangenten in Hauptströmungsrichtung zunächst stetig abnimmt bis die Seitenwände parallel zueinander verlaufen und im Abströmbereich der Winkel zwischen den an die Seitenwände gelegten Tangenten wieder wächst. Durch derartig ausgeformte Rippen werden große Wirbelbildungen und somit starke Turbulenzen im zweiten Abschnitt erzeugt, wodurch die Versottung deutlich reduziert wird. Gleichzeitig bleibt der durch die Rippen entstehende Druckverlust durch die stetig ausgeführten Seitenwände der Rippen relativ gering. Zusätzlich ist diese Rippenform einfach auch im Druckgussverfahren herstellbar und weist eine ausreichende Stabilität auf. Auf zusätzliche Einbauten zur Erzeugung der Turbulenzen kann verzichtet werden.
Durch diese Ausführungen wird die Versottung in der Wärmeübertragungseinheit deutlich reduziert, ohne Kühlleistung einzubüßen oder den Druckverlust zu erhöhen. Dies führt nach einer hohen Anzahl an Betriebsstunden im Vergleich zu bekannten Ausführungen zu einer verbesserten Kühlleistung.
Ein Ausführungsbeispiel ist in der Figur dargestellt und wird nachfolgend beschrieben.
Die Figur zeigt eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Wärmeübertragungs- einheit in schematischer Darstellung.
Die in der Figur dargestellte Wärmeübertragungseinheit besteht aus einem Gehäuse 2, in dem ein von einem zu kühlenden Fluid durchströmter Kanal 4 sowie ein von einem Kühlfluid durchströmter Kanal 6 angeordnet sind. Da Probleme mit einer zu großen Versottung insbesondere bei der Verwendung einer derartigen Wärmeübertragungseinheit als Abgaskühler aufgrund des darin vorhandenen Rußes auftreten, wird im Folgenden der vom zu kühlenden Fluid durchströmte Kanal 4 zur leichteren Verständlichkeit als Abgas durchströmter Kanal bezeichnet. Das Gehäuse 1 besteht aus einer ein- oder mehrteiligen Innenschale 8 sowie einer die Innenschale 8 umgebenden Außenschale 10, welche im Wesentlichen beabstandet von der Innenschale 8 angeordnet ist.
Der vom Kühlfluid durchströmte Kanal 6 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel zwischen der Innenschale 8 und der Außenschale 10 angeordnet und umgibt somit den vom zu kühlenden Fluid durchströmten Kanal 4, der durch die Umfangs- wände der Innenschale 8 begrenzt ist. Somit bilden die Umfangswände der Innenschale 8 eine Trennwand 12 zwischen den beiden in Wärmeaustausch ste- henden Fluiden. Von der Trennwand 12 aus erstrecken sich Rippen 14, 16 von zwei gegenüberliegenden Seiten zur Verbesserung des Wärmeübergangs in den Abgas durchströmten Kanal 4, welche in der Figur im Längsschnitt dargestellt sind.
Die Innenschale 8 weist einen Einlass 18 sowie einen gegenüberliegenden Auslass 20 für das Abgas auf. Einlass und Auslass des Kühlmittel durchströmten Kanals 6 sind in der Zeichnung nicht dargestellt und können beispielsweise durch Rohrstutzen im Bereich der Außenschale gebildet werden. Selbstverständlich wäre es auch möglich, diesen Abgas durchströmten Kanal U-förmig auszubilden, so dass Einlass 18 und Auslass 20 nebeneinander angeordnet wären.
In die Wärmeübertragungseinheit einströmendes Abgas gelangt vom Einlass 14 zunächst in einen ersten Abschnitt 22, in dem Rippen 14 angeordnet sind, die eine Anströmkante 24 und zwei sich von dieser Anströmkante 24 linienförmig er- streckende Seitenwände 26, 28 aufweisen, deren Tangenten zueinander einen in Hauptströmungsrichtung des Abgases gesehen stetig kleiner werdenden Winkel einschließen bis die Seitenwände 26, 28 parallel zueinander verlaufen. Diese Parallelität bleibt auch in einem Abströmbereich 30 bis zum Ende der Rippen 14 erhalten. Entsprechend schließen die Seitenwände 22, 24 zu einer Endwand 32 ei- nen Winkel von jeweils ca. 90° ein. Es bestehen somit am Ende der Rippen 14 zwei Abströmkanten 34, von denen aus das Abgas im Kanal 4 weiter strömen kann.
Nach dem Durchströmen des ersten Abschnitts 22, der im vorliegenden Ausfüh- rungsbeispiel durch zwei Reihen von Rippen 14 gebildet wird, gelangt der Abgas- ström in einen zweiten Abschnitt 36, in welchem die anders ausgeformten Rippen 16 angeordnet sind. Dieser zweite Abschnitt 36 besteht aus fünf hintereinander angeordneten Reihen von Rippen 16, wobei sowohl im ersten Abschnitt 22 als auch im zweiten Abschnitt 36 die Rippen 14, 16 jeweils versetzt zu den Rippen 14, 16 der folgenden Reihe angeordnet sind.
Die Rippen 16 des zweiten Abschnitts 36 weisen wie die Rippen 14 eine Anströmkante 38 und zwei sich von dieser Anströmkante 38 linienförmig erstreckende Seitenwände 40, 42 auf, deren Tangenten zueinander einen in Hauptströmungs- richtung des Abgases stetig kleiner werdenden Winkel einschließen bis die Seitenwände 40, 42 parallel zueinander verlaufen. Im Gegensatz zu den Rippen 14 wächst der Winkel zwischen den Tangenten der Seitenwände 40,42 in Strömungsrichtung im Abströmbereich 44 wieder an. Dies bedeutet das im Gegensatz zu den Rippen 14 erfindungsgemäß der Querschnitt der Rippen 16 in Strö- mungsrichtung im Abströmbereich 44 steigt während dieser Querschnitt den Rippen 14 auch im Abströmbereich 30 konstant bleibt. Auch bei den Rippen 16 entstehen somit zwei Abströmkanten 46 zwischen dem Ende der Seitenwände 40,42 und einer senkrecht zur Hauptströmungsrichtung verlaufenden Endwand 48. Entsprechend ist der eingeschlossene Winkel zwischen einer Tangente an eine der Seitenwände 40, 42 im Abströmbereich 44 und der Endwand 48 kleiner als 90°.
Durch den so ausgeformten Abströmbereich 44 erfährt der Abgasstrom in diesem Bereich eine Umlenkung sowie durch den verengten Querschnitt eine Geschwindigkeitserhöhung, die zu einer verstärkten Wirbelbildung und somit zu Turbulen- zen im zweiten Abschnitt 36 führen. Diese Turbulenzen verringern deutlich die Versottung der Rippen 16, die bekannten Wärmetauscher insbesondere in diesem zweiten Abschnitt 36 besonders hoch ist. Zusätzlich wird aus der Figur deutlich, dass der Abstand der in Hauptströmungsrichtung verlaufenden Achsen durch die Rippen 14, 16 im ersten Abschnitt 22 kleiner ist als im zweiten Ab- schnitt 36. Dies erhöht die Strömungsgeschwindigkeit des Abgases im ersten Abschnitt 22, wodurch kleinere Grenzschichten entstehen und der Kühlwirkungsgrad gesteigert wird. Der größere Abstand zwischen den Rippenachsen im zweiten Abschnitt 36 verringert zwar die Strömungsgeschwindigkeit und vergrößert somit die isolierenden Grenzschichten, was jedoch durch die zusätzliche Wirbel- bildung an den Abströmbereichen 44 weitestgehend ausgeglichen wird. Auch der im vorderen Bereich höhere Druckverlust durch die engen Spalte kann durch den geringeren Druckverlust im zweiten Abschnitt 44 weitestgehend ausgeglichen werden.
Es sei noch darauf hingewiesen, dass die jeweiligen Rippenformen zur Erzielung eines etwa konstanten freien Durchströmungsquerschnittes im jeweiligen Abschnitt aufgrund der zueinander versetzten Rippenreihen in jeder zweiten Rippenreihe als halbe Rippe an den Seitenwänden nachgebildet sind.
Es wird somit eine erfindungsgemäße Ausführungsform einer Wärmeübertragungseinheit vorgestellt, mit der bei weitgehend gleichem Druckverlust und gleicher Kühlleistung die Versottung beziehungsweise Verrußung deutlich eingeschränkt werden kann, wodurch wiederum die Kühlleistung über die gesamte Lebensdauer der Wärmeübertragungseinheit weitestgehend konstant gehalten werden kann.
Es sollte deutlich sein, dass die Konstruktion der Wärmeübertragungseinheit unterschiedlich gewählt werden kann und der Schutzbereich dieser Anmeldung nicht auf im Druckgussverfahren hergestellte Kühler beschränkt ist. Auch für im Druckgussverfahren hergestellte Kühler kann beispielsweise die Richtung der Strömung im Verlauf der Wärmeübertragungseinheit geändert werden. Die Länge der beiden aufeinander folgenden Abschnitte ist je nach Verwendung optimierbar. Auch müssen die tatsächlich verwendeten Abstände der Rippenachsen je nach Größe und Ausführung der Wärmeübertragungseinheit optimiert werden. Verschiedene weitere Modifikationen sind denkbar.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Wärmeübertragungseinheit für eine Verbrennungskraftmaschine, insbesonde- re zur Kühlung von Abgasen, mit einem von einem zu kühlenden Fluid durchströmten Kanal, der einen Einlass und einen Auslass aufweist, einem von einem Kühlfluid durchströmten Kanal, zumindest einer Trennwand, die den vom zu kühlenden Fluid durchströmten Kanal von dem vom Kühlfluid durchströmten Kanal trennt, und Rippen, die sich von der Trennwand in den vom zu kühlenden Fluid durchströmten Kanal und in Hauptströmungsrichtung des zu kühlenden Fluids er-strecken, dadurch gekennzeichnet, dass der vom zu kühlenden Fluid durchströmte Kanal (4) zwei in Hauptströmungsrichtung aufeinanderfolgende Abschnitte (22, 36) aufweist, wobei die Rippen (14, 16) in ihrem Abströmbereich (30,44) im ersten Abschnitt (22) einen in Hauptströmungsrichtung konstanten Querschnitt aufweisen und im zweiten Abschnitt (36) einen sich in Hauptströmungsrichtung erweiternden Quer- schnitt aufweisen.
2. Wärmeübertragungseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsachsen der Rippen (14, 16) im ersten Abschnitt (22) in geringerem Abstand zueinander angeordnet sind als im zweiten Abschnitt (36).
3. Wärmeübertragungseinheit nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die im zweiten Abschnitt (36) angeordneten Rippen (16) eine linienförmige Anströmkante (38) aufweisen, von wo aus sich zwei Seitenwände (40, 42) erstrecken, wobei der Winkel zwischen an die beiden Seitenwände (40, 42) gelegte Tangenten in Hauptströmungsrichtung zunächst stetig abnimmt bis die Seitenwände (40, 42) parallel zueinander verlaufen und im Abströmbereich (44) der Winkel zwischen den an die Seitenwände (40,42) gelegten Tangenten wieder wächst.
PCT/EP2009/056135 2008-08-02 2009-05-20 Wärmeübertragungseinheit für eine verbrennungskraftmaschine Ceased WO2010015433A1 (de)

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