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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Rippenstruktur zum Bewegen eines
Fluids in einem Wärmetauscher
und insbesondere eine Rippenstruktur, die in einem Wärmeübergangsrohr
einer wärmeaustauschenden Kühleinrichtung
zum Erzeugen eines Bewegungsvorganges zum Zweck des Bildens turbulenter
Strömungen und
Wirbelströmungen
in einem Fluid eines gekühlten
Mediums oder eines kühlenden
Mediums, das in dem Wärmeübergangsrohr
strömt,
untergebracht ist, um dabei den Kontakt zwischen der Wärmeübergangsrohrwand
und dem Fluid zu vergrößern und
die Strömungsgeschwindigkeit
oder die Strömungsrate
des in dem Wärmeübergangsrohr
fließenden
Fluids zu vereinheitlichen, so dass dadurch eine exzellente Wärmeaustauschfunktion
erreicht wird; ein Wärmeaustauschrohr
für einen
Wärmetauscher
mit einer darin untergebrachten Rippenstruktur; und einen Wärmetauscher
mit einem darin eingebauten Wärmeübergangsrohr.
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2. Beschreibung des Standes
der Technik
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In
den letzten Jahren wurden Wärmetauscher
für Fluide
der verschiedenen Formen, wie flüssig-flüssig, flüssig-gasförmig oder
gasförmig-gasförmig, nicht
nur als AGR Kühler
zur Rückführung des
Abgases eines Automobils verwendet, sondern auch als Abgaskühler, Kraftstoffkühler, Ölkühler, Zwischenkühler und
dergleichen. Verschiedene Einrichtungen wurden in dem Wärmeübergangsrohr,
in dem Fluide strömen,
bereitgestellt, um dadurch die fluideigene Wärme effizient abzustrahlen
oder zu absorbieren. Beispielsweise wird das Verfahren, bei dem
Abgas teilweise dem Abgassystem eines Dieselmotors entnommen, dem
Ansaugtrakt des Motors rückgeführt und
dem Kraftstoffluftgemisch hinzugefügt wird als „AGR (Abgasrückführung)" genannt, um Emissionen
von NOx (Stickoxide) mit der Wirkung zu unterdrücken, dass die mit dem Temperaturabfall des Verbrennungsgases
einhergehenden Pumpverluste und Abstrahlverluste der kühlenden
Flüssigkeit
reduziert werden, und um die spezifische Wärme des Verbrennungsgases wegen
der Änderung
der Menge/der Zusammensetzung des arbeitenden Gases zu erhöhen und
den Prozesswirkungsgrad entsprechend zu verbessern. Aus diesem Grund
fand die AGR als effektives Verfahren zur Reinigung des Abgases
des Dieselmotors oder zur Verbesserung des Wärmewirkungsgrades breite Anwendung.
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Allerdings
verschlechtert sich die Haltbarkeit des AGR Ventils mit steigender
Temperatur und Erhöhung
der Flussrate des AGR Gases wegen der thermischen Wirkung derselben
in der AGR, so dass das AGR Ventil vorzeitig beschädigt werden
kann. Um dem entgegenzuwirken, muss eine wassergekühlte Struktur durch
Bereitstellung eines Kühlsystems
hergestellt werden. Zudem ist eine Gegebenheit zu beobachten, derzufolge
der Beladungswirkungsgrad gesenkt wird, um den Kraftstoffverbrauch
bei zunehmender Einlasstemperatur herabzusetzen. Um diesen Umstand
zu vermeiden, wurde eine Einrichtung verwendet, die das AGR Gas
mit einer Motorkühlflüssigkeit,
einer Klimakühlflüssigkeit,
kühlendem
Wind und dergleichen kühlt.
Zur Kühlung
des Gases oder des AGR Gases mit der Motorkühlflüssigkeit wurden viele AGR Gaskühleinrichtungen der
gas-flüssigkeitswärmeaustauschenden
Art vorgeschlagen. In diesen Einrichtungen sind Lüfter verschiedenster
Art als Mittel zur Verbesserung der wärmeaustauschenden Leistung
des in den Rohren für
das AGR Gas strömenden
Gases untergebracht. Von diesen AGR Gaskühleinrichtungen der gas-flüssigkeitswärmeaustauschenden
Art wurden AGR Gaskühleinrichtungen
der dual-rohrwärmeaustauschenden
Art eingefordert, da diesen einfache Struktur zugrunde liegt, die
es diesen Einrichtungen ermöglicht
in einem engen Einbauraum montiert zu werden. Beispielsweise gab
es viele Wärmetauscher
der Dual-Rohr Art einschließlich
eines Wärmetauschers
der Dual-Rohr Art (wie beispielsweise unter Bezugnahme auf die JP-A-11-23181
(Seiten 1 bis 6, 1 und 2)),
in dem ein äußeres Rohr
zum Durchlaufen einer Flüssigkeit
um ein inneres Rohr zum Durchlaufen eines heißen AGR Gases angeordnet ist,
um dabei den Wärmeaustausch
zwischen dem Gas und der Flüssigkeit
durchzuführen,
und in dem wellenförmige
Metallbleche als Rippen in das innere Rohr eingesetzt sind, und
einschließlich
eines Wärmetauschers
der Dual-Rohr Art (wie beispielsweise unter Bezugnahme auf die JP-A-2000-111277
(Seiten 1 bis 12, 1 bis 12)), der
ein inneres Rohr zum Durchlaufen des gekühlten Mediums darin, einen äußeren den äußeren Umfang
des inneren Rohres einschließenden
Rohrraum und im inneren Rohr angeordnete wärmeabstrahlende Rippen mit
einer eine Wärmebeanspruchung
entspannenden Funktion aufweist. Bei dem Wärmetauscher der Dual-Rohr Art
mit der darin untergebrachten verschiedenartig verbesserten Rippenstruktur
kann der exzellente Kühlungswirkungsgrad
trotz der einfachen und kompakten Struktur halbwegs erwartet werden.
Deshalb wurden bereits viele Wärmetauscher
der dualen Art als AGR Gas kühlende
Wärmetauscher
eingesetzt, deren Einbauvolumen wie das in einem kleinen Automobil
begrenzt ist. Wegen der kompakten Struktur wird die absolute Flussrate
des Fluids durch dieses selbst begrenzt, so dass ein ungelöstes Problem
hinsichtlich der gesamten Wärmeaustauschmenge
verbleibt. Zur Lösung
des Problems muss ein sogenannter Röhrenwärmetauscher eingesetzt werden,
obwohl dieser eine mehr oder weniger komplizierte Struktur aufweist
und in seinen Abmessungen groß sein
muss. Verschiedenartige Verbesserungen wurden bei diesen Wärmetauschern
erreicht. In einem Beispiel des Röhrenwärmetauschers ist ein Kühlwassereinlass
an einem Ende des äußeren Umfangs
eines einen Kühlmantel
bildenden Mantelkörpers angebracht,
während
eine Düse
als Kühlwasserauslass
am anderen Ende desselben angebracht ist. Eine Haube zum Einlassen
eines heißen
AGR Gases ist an einem Ende des Mantelkörpers integriert, während eine Haube
zum Ablassen des gekühlten
AGR Gases am anderen Ende desselben integriert ist. Eine Vielzahl
von flachen Wärmeübergangsröhren ist
in den Mantelkörper
eingeführt
und an der Innenseite der einzelnen Hauben befestigt, so dass das
heiße
AGR Gas in die flachen Wärmeübergangsröhren am
im Mantelkörper
fließenden
Kühlwasser
vorbei strömt.
Zusätzlich
zu der breiten durch die flachen Wärmeübergangsröhren gebildeten Wärmeaustauschfläche sind
an der Innenseite der flachen Wärmeübergangsröhren C-förmige Rippen
ausgebildet, um die AGR Gas Strömungen
zu verdünnen
und die Wärmeübergangsfläche zu vergrößern. Somit
ist der den exzellenten Wärmeaustauschwirkungsgrad
aufweisende Röhrenwärmetauscher
offenbart (wie zum Beispiel unter Bezugnahme auf die JP-A-2002-107091 (Seiten
1 bis 3, 1 bis 3)).
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In
dem zuvor beschriebenem Stand der Technik lassen sich beachtliche
Wirkungen erreichen, in dem die Gasströmung verbessert wird, indem
die Kontaktfläche
mit den wellenförmigen
Rippen oder Querrippen durch Unterbringung der Rippen in dem Dual-Rohr
AGR Gaskühler
vergrößert wird,
wie es in der JP-A-11-23181 und JP-A-2000-111277 offenbart ist.
Jedoch weisen die meisten AGR Gas bildenden Röhren einen gleichmäßigen inneren
Umfangs entlang ihrer gesamten Länge
in Längsrichtung
auf, so dass der Wärmeübergang
nahe der Mitten der Röhren
unzureichend ist. Darüber
hinaus strömt
das Gas geradlinig entlang der AGR Gasröhren, so dass die Turbulenzen
der Gasströmung
zur Verdünnung
der Grenzschicht an der Wärmeübergangsfläche unzureichend
und dadurch die Wärmeaustauschleistung
unzureichend ist. Zudem hinterlässt
die kompakte Dual-Rohr Struktur das ungelöste Problem, dass der absolute
auszutauschende Wert der Wärme
klein ist. In dem in der JP-A-2002-107091 offenbarten Röhrenwärmetauscher
sind die in den flachen Röhren
untergebrachten Rippenplatten in Bezug auf die Gasströmung gerade
ausgebildet. Folglich wird das Fluid nur ungenügend verwirbelt, so dass die
Trennung der Strömungslinien
und der Verwirbelungswirkung des Fluids unzureichend ist. Darüber hinaus
wurde in den letzten Jahren ein Röhrenwärmetauscher 20, wie
in 16 gezeigt, nicht nur als die zuvor beschriebene
AGR Gaskühleinrichtung
eingesetzt, sondern auch als ein die AGR Gaskühleinrichtung aufweisendes
Beispiel für
die Kühleinrichtung
der wärmeaustauschenden
Art. In dem Röhrenwärmertauscher 20 ist
eine Gruppe 23 von wärmeaustauschenden
Röhren
innerhalb eines Mantels 21 für das darin strömende Kühlwasser
ausgebildet, das durch Rohrbleche 25 und dabei an einer
Vielzahl von wärmeübertragenden
Röhren
vorbei strömt.
Das heiße
zu kühlende
Fluid wird über
einen in einer Haube 22-1 ausgebildeten Einlass g1 eingeführt und über einen
an der gegenüberliegenden
Seite in einer Haube 22-2 angeordneten Auslass g2 abgelassen.
In der Zwischenzeit wird das heiße Fluid durch das Kühlwasser
abgekühlt,
das in den Mantel 21 durch die Gruppe von Wärmeübergangsröhren 23 in
einer Richtung senkrecht zu der Strömung des gekühlten Mediums
strömt,
so dass das heiße
Fluid auf eine vorbestimmte Temperatur abgekühlt wird. Darüber hinaus
werden die einzelnen die Wärmeübergangsgruppe 23 bildenden Wärmeübergangsröhren 23-1,
wie in den 17A bis 17C gezeigt,
abgeflacht, um deren Kontaktfläche zu
vergrößern. Wellenförmige Rippenplatten,
deren Rippen 26 einen quadratischen Querschnitt und eine
in Längsrichtung
beliebige Form aufweisen, werden in die flachen Wärmeübergangsrohre 23-1 eingesetzt,
wodurch sie den Durchgang des heißen Fluids oder des gekühlten Mediums
in eine Vielzahl von kleinen Durchgängen unterteilen. Die Rippen 26 sind
wellenförmig
ausgebildet, wie in 17C gezeigt, so dass das in
den schmalen Durchgängen
strömende
Fluid geschlängelt
wird, um die Wärmeübergangsfläche zu vergrößern. Folglich
wurden diese Rippenstrukturen zur Verbesserung des Wärmeaustauschwirkungsgrades
besser eingebracht. In den Wärmeübergangsröhren mit
der Rippenstruktur ist allerdings der Druckverlust des Fluids in den
durch die Rippenstruktur gebildeten schmalen Durchgängen derart
gering, dass das zwischen den schrmalen Durchgängen strömende Fluid nicht gleichförmig verteilt
ist, um eine gleichförmige
Verteilung in der Strömungsgeschwindigkeit
zu verursachen. Die Rippenstruktur wird dadurch ausgebildet, dass
das Plattenmaterial eines einzelnen dünnen Metallblechs im flachen
Wärmeübergangsrohr
einer speziellen plastischen Verformung ausgesetzt wird. Darüber hinaus
bilden die durch die Rippen der Rippenplatte unterteilten schmalen Durchgänge individuelle
und unabhängige
Durchgänge,
die nicht miteinander kommunizieren. Aus diesem Grund kann die einmal
erzeugte gleichförmige
Strömungsgeschwindigkeitsverteilung
nicht beseitigt werden, so dass das ungelöste Problem verbleibt, dass
der Wärmeaustauschwirkungsgrad
wegen der Änderungen
in der Strömungsgeschwindigkeitsteilung
ernsthaft gemindert wird. Zudem macht die Ungleichförmigkeit
der Fluidverteilung in den unterteilten schmalen Durchgängen in
den Wärmeübergangsröhren es
unmöglich,
das überschüssige Fluid,
wenn überhaupt
vorhanden, auf den gewünschten
Temperaturbereich zu kühlen.
Für den Fall
einer kurzen Fluidströmung
andererseits, verbessert sich die Kühlung des Fluids, jedoch gelingt
es diesem nicht, eine vorgegebene Flussrate zu erreichen, so dass
die ausgetauschte Wärme
folglich reduziert wird. Selbst in der zuvor beschriebenen zur Erhöhung des
Wärmeaustauschwirkungsgrades
verbesserten Rippenstruktur begegnet man Schwierigkeiten bei den
Verfahren zum Ausbilden oder zum Montieren der Rippenstruktur, wie
die komplizierte plastische Verarbeitung, so dass eine ausreichende
Leistung nicht erreicht werden kann. Die verbleibende ungelöste und
ernsthafte Aufgabe liegt nun darin Verbesserungen zu finden.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, diese Probleme zu lösen und
eine in ein flaches Wärmeübergangsrohr
einzusetzende Rippenstruktur, ein wärmeaustauschendes Wärmeübergangsrohr
mit der darin untergebrachten Rippenstruktur und einen Wärmetauscher
mit mindestens einem darin eingebauten Wärmeübergangsrohr bereitzustellen,
wobei die Rippenstruktur trotz eines einfachen Aufbaues einen exzellenten Wärmeaustauschwirkungsgrad
aufweist, so dass Mittel zur Ausbildung von Turbulenzen und Verwirbelungen bereitgestellt
sind.
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Zur
Lösung
dieses Problems wird bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung eine
Rippenstruktur bereitgestellt, die eine in einem Wärmeübergangsrohr
untergebrachte Rippenplatte aufweist, deren Rippen einen quadratischen
Querschnitt und ein freies Ende in Längsrichtung aufweisen, so dass
diese einen Durchgang für
ein ein gekühltes
Medium oder ein kühlendes
Medium bildendes in dem Wärmeübergangsrohr strömendes Fluid
in eine Vielzahl von schmalen Durchgängen unterteilen, wobei mindestens
eine Aussparung und/oder mindestens ein Durchgangsloch und/oder
mindestens ein erhabenes Teil und/oder mindestens eine Furche und/oder
Mulde und dergleichen in den Seitenwänden oder den unteren und oberen
Wänden
der Rippenplatte ausgebildet ist.
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Darüber hinaus
zeichnet sich die der Erfindung zugrunde liegende Rippenstruktur
dadurch aus, dass das Wärmeübergangsrohr
ein flaches Rohr sein kann und dass die Vielzahl der schmalen durch
die Rippenplatte gebildeten Durchgänge im flachen Wärmeübergangsrohr
in Längsrichtung
desselben kurvenförmig
oder geradlinig ausgebildet sein können.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung sind die Rippen der im Wärmeübergangsrohr untergebrachten
Rippenplatte einzeln aus einem Plattenmaterial eines dünnen Metallblechs
gefertigt sind und dass das Verfahren zum Ausbilden der Aussparungen,
Durchgangslöcher,
erhabenen Teile, Furchen und Mulden und dergleichen in dem Plattenmaterial
entweder ein mechanisches Verfahren, beispielsweise ein Pressverfahren,
oder ein chemisches Verfahren, beispielsweise ein Ätzverfahren,
ist.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung sind die Mittel zur Unterbringung der Rippenplatte
in dem Wärmeübergangsrohr
entsprechend aus Schweißmitteln,
Lötmitteln
und anderen Verbindungsmitteln ausgesucht sind und die Rippenplatte
ganzheitlich mit dem Wärmeübergangsrohr
verbunden ist.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung wird ein Wärmeübergangsrohr
bereitgestellt, das dadurch gekennzeichnet ist, dass eine Rippenstruktur
im Wärmeübergangsrohr
untergebracht ist, eine Rippenplatte aufweist, wobei die Rippen
der Rippenplatte einen quadratischen Querschnitt und eine freie Form
in Längsrichtung
aufweisen, so dass diese einen Durchgang für ein ein gekühltes Medium
oder ein kühlendes
Medium bildendes in dem Wärmeübergangsrohr
strömendes
Fluid in eine Vielzahl von schmalen Durchgängen unterteilen, wobei mindestens
eine Aussparung und/oder ein Durchgangsloch und/oder ein erhabenes
Teil und/oder eine Furche und/oder Mulde und dergleichen in den
Seitenwänden
oder den unteren und oberen Wänden
der Rippenplatte ausgebildet ist.
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Das
Wärmeübergangsrohr
kann darüber
hinaus als ein flaches Rohr ausgebildet sein, wobei die Vielzahl
der schmalen durch die Rippenstruktur gebildeten Durchgänge im flachen
Wärmeübergangsrohr
in Längsrichtung
desselben kurvenförmig
oder geradlinig ausgebildet sein können.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist die in dem Wärmeübergangsrohr
untergebrachte Rippenstruktur einzeln aus einem Plattenmaterial
eines dünnen
Metallblechs gefertigt, wobei das Verfahren zum Ausbilden der Aussparungen,
Durchgangslöcher,
erhabenen Teile, Furchen und Mulden und dergleichen in dem Plattenmaterial
entweder ein mechanisches Verfahren, beispielsweise ein Pressverfahren, oder
ein chemisches Verfahren, beispielsweise ein Ätzverfahren, ist.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung sind die Mittel zur Unterbringung der Rippenstruktur
in dem Wärmeübergangsrohr
entsprechend aus Schweißmitteln,
Lötmitteln
oder anderen Verbindungsmitteln ausgewählt und die Rippenstruktur
ist ganzheitlich mit dem Wärmeübergangsrohr
verbunden.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung wird ein Wärmetauscher
bereitgestellt, in dem mindestens ein Wärmeübergangsrohr eingebaut ist,
das eine eine Rippenplatte aufweisende Rippenstruktur beherbergt, wobei
die Rippen der Rippenplatte einen quadratischen Querschnitt und
eine in Längsrichtung
beliebige Form aufweisen, so dass diese einen Durchgang für ein ein
gekühltes
Medium oder ein kühlendes
Medium bildendes in dem Wärmeübergangsrohr
strömendes
Fluid in eine Vielzahl von schmalen Durchgängen unterteilen, wobei mindestens
eine Aussparung und/oder ein Durchgangsloch und/oder ein erhabenes
Teil und/oder eine Furche und/oder Mulde und dergleichen in den
Seitenwänden
oder den unteren und oberen Wänden
der Rippenplatte ausgebildet ist.
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Bei
der vorhergehenden Rippenstruktur der Erfindung ist mindestens eine
Aussparung und/oder ein Durchgangsloch und/oder ein erhabenes Teil
und/oder eine Furche und/oder Mulde und dergleichen in den Seitenwänden oder
den unteren und oberen Wänden
der Rippenplatte ausgebildet, die in dem flachen Wärmeübergangsrohr
untergebracht ist und dabei den Durchgang für das entweder gekühlte oder
kühlende
Medium bildende im Wärmeübergangsrohr
strömende
Fluid in eine Vielzahl von schmalen Durchgängen unterteilt, die den quadratischen
Querschnitt und die in Längsrichtung
beliebige Form aufweisen. In den benachbarten schmalen Durchgängen strömen die
Fluide ineinander, so dass die zur Strömungsrichtung rechtwinklige
Strömung
in dem flachen Wärmeübergangsrohr
ungebunden ist. Hieraus resultiert, dass die Strömungsgeschwindigkeit der Strömung in
den schmalen Durchgängen
des Wärmeübergangsrohrs
keine Änderungen
aufweist, so dass die Strömungsgeschwindigkeitsverteilung
einheitlich ist. Darüber
hinaus ist der Druck des Fluids zwischen den einzelnen schmalen
Passagen einheitlich, so dass die Verteilung des Fluids gemittelt
ist, um die Wärmeaustauschwirkung
zu verbessern. Hierbei ist die wechselseitige Kommunikation zwischen
den Fluiden in den unterteilten schmalen Durchgängen der Rippenstruktur, die
mindestens eine Furche und/oder ein Mulde in den Seitenwänden oder
der oberen oder unteren Wand der Rippenplatte aufweist, unmöglich. Jedoch
wirkt die in dem Wandteil, das heißt in dem kurvenförmigen Teil
ausgebildete Furche oder Mulde effektiv auf die Strömungslinien
des Fluids ein, so dass ein exzellenter Bewegungseffekt erreicht
wird. Durch die zusätzliche Ausbildung
der zuvor erwähnten
Aussparungen, Durchgangslöcher,
erhabenen Teile und dergleichen kann darüber hinaus nicht nur die zuvor
erwähnte
Kommunikation zwischen den Fluiden, sondern auch ein Wärmeaustausch
erreicht werden, der einen exzellenten Kühlungswirkungsgrad begünstigt.
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Bei
dem flachen Wärmeübergangsrohr
mit der darin untergebrachten Rippenstruktur der Erfindung, kann
das Fluid darüber
hinaus in die durch die Aussparungen, Durchgangslöcher, erhabenen
Teile, Furchen und Mulden und dergleichen, die in den Seitenwänden der
Rippenstruktur ausgebildet sind, unterteilten schmalen Durchgänge frei
ein- und ausströmen.
Demzufolge kann die Vermischung und Kollision zwischen den Fluiden
häufig
auftreten, um die Turbulenzen und Verwirbelungen des arbeitenden
Fluids zu bilden, während
die Strömungslinien
des Fluids kompliziert verteilt sind, um die laminare Strömung zum
Zweck der effektiven Bewegung aufzubrechen, so dass das in dem Wärmeübergangsrohr
strömende
Fluid den Kontakt mit der Wärmeübergangsrohrwand
und den Rippen wiederholen kann, um den Wärmeaustausch effektiv zu gestalten. Zudem
verursachen die Endbereiche der auszubildenden und zuvor genannten
Kerben, Durchgangslöcher,
erhabenen Teile, Furchen und Mulden und dergleichen wärmeaustauschende
Randeffekte, durch die die Wärmeaustauschleistung
verbessert werden kann. Folglich kann die Rippenstruktur gemäß der Erfindung
richtig als die das Fluid bewegende Rippenplatte nicht nur in dem
Röhrenwärmetauscher
sondern auch in dem Abgaskühler
oder dem wärmeaustauschenden
Wärmeübergangsrohr
eines AGR-Gaskühlers,
einem Kraftstoffkühler,
einem Ölkühler oder
einem Zwischenkühler
untergebracht werden. Gleichzeitig ermöglicht das Wärmeübergangsrohr
mit der darin untergebrachten Rippenstruktur und der Wärmetauscher
der Erfindung mit dem darin eingebauten Wärmeübergangsrohr eine Reduktion
der Größe und des
Gewichts derartiger Vorrichtungen aufgrund ihrer exzellenten wärmeaustauschenden
Leistung und eine kompakte Ausbildung derselben. Auf diese Weise
kann der Wärmetauscher,
der einfach in einen begrenzten Einbauraum eingebaut werden kann, zu
einem relativ günstigen
Preis bereitgestellt werden.
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Kurze Beschreibung der
Zeichnungen:
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1a und 1b zeigen
eine Rippenstruktur gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung und eine einzelne Einheit eines flachen Wärmeübergangsrohres
mit der darin untergebrachten Rippenstruktur, wobei 1a eine
Vorderansicht und 1b eine schematisch perspektivische
Ansicht eines essentiellen Teils darstellt.
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2 ist
eine vergrößerte perspektivische
Ansicht eines essentiellen Teils der Rippenstruktur, die in der
gleichen Ausführungsform
untergebracht ist.
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3 ist
eine schematische Draufsicht der gleichen Ausführungsform, die einen Teil
der Strömung
eines heißen
in dem Wärmeübergangsrohr
strömenden
Fluids zeigt.
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4 zeigt
eine Rippenstruktur gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der Erfindung und eine einzelne Einheit eines flachen Wärmeübergangsrohres
mit der darin untergebrachten Rippenstruktur und stellt eine perspektivische
Ansicht eines essentiellen Teils dar.
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5 zeigt
eine Rippenstruktur gemäß einer
dritten Ausführungsform
der Erfindung und eine einzelne Einheit eines flachen Wärmeübergangsrohres
mit der darin untergebrachten Rippenstruktur und stellt eines schematisch
perspektivische Ansicht des essentiellen Teils dar.
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6 ist
eine vergrößerte perspektivische
Ansicht, die einen essentiellen Teil einer in der gleichen Ausführungsform
untergebrachten Rippenstruktur zeigt.
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7 zeigt
einen Fluidverteilungszustand und eine Strömungsgeschwindigkeitsverteilung
eines heißen
Fluids in der gleichen Ausführungsform.
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8 ist
eine schematisch perspektivische Ansicht, die einen essentiellen
Teil einer Rippenstruktur gemäß einer
vierten Ausführungsform
der Erfindung darstellt.
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9 ist
eine schematisch perspektivische Ansicht, die einen essentiellen
Teil einer Rippenstruktur gemäß einer
fünften
Ausführungsform
der Erfindung darstellt.
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10a bis 10c zeigen
einen die einen essentiellen Teil einer einzelnen Einheit einer
Rippenstruktur gemäß einer
sechsten Ausführungsform
der Erfindung, wobei 10a eine Draufsicht; 10b eine Seitenansicht; und 10c eine Vorderansicht darstellt.
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11 ist
eine teilweise geschnittene Frontansicht, die einen Röhrenwärmetauscher
gemäß einer siebten
Ausführungsform
der Erfindung darstellt.
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12 ist
eine perspektivische Ansicht, die einen essentiellen Teil einer
Rippenplatte einer ersten Gegenüberstellung
gemäß der Erfindung
und einer einzelne Einheit eines flachen Wärmeübergangsrohres mit einer darin
untergebrachten Rippenplatte zeigt.
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13 ist
eine vergrößerte perspektivische
Ansicht eines die einen essentiellen Teils einer in der gleichen
Gegenüberstellung
unterzubringenden Rippenplatte.
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14 zeigt
einen Fluidverteilungszustand und eine Strömungsgeschwindigkeitsverteilung
eines heißen
Fluids in der gleichen Gegenüberstellung.
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15 ist
eine perspektivische Ansicht, die einen essentiellen Teil einer
Rippenplatte einer zweiten Gegenüberstellung
gemäß der Erfindung
und eine einzelne Einheit eines flachen Wärmeübergangsrohres mit der darin
untergebrachten Rippenplatte darstellt.
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16 ist
eine schematische Seitenansicht zum Erklären des Röhrenwärmetauschers aus dem Stand der
Technik.
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17a bis 17c zeigen
ein flaches Wärmeübergangsrohr,
das in dem zuvor genannten Wärmetauscher
montiert ist, und das darin untergebrachte wellenförmige Rippen
mit einem quadratischen Querschnitt aufweist und einen Kühlmantel,
wobei 17a einen Querschnitt entlang
der Linien A-A aus 16; 17b eine
Frontansicht eines flachen Wärmeübergangsrohres;
und 17c eine Draufsicht der in dem
flachen Übergangsrohr
untergebrachten Rippenplatte darstellt.
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Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsformen
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Nachfolgend
werden Ausführungsformen
der Erfindung unter Bezugnahme auf Figuren eingehend erläutert.
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1a und 1b zeigen
eine Rippenstruktur gemäß einer
ersten Ausführungsform
der Erfindung und eine einzelne Einheit eines flachen Wärmeübergangsrohrs
mit einer darin untergebrachten Rippenstruktur. 1a zeigt
eine Frontansicht, während 1b eine
schematisch perspektivische Ansicht eines essentiellen Teils zeigt. 2 ist
eine vergrößerte perspektivische
Ansicht eines essentiellen Teils der Rippenstruktur, die in der
gleichen Ausführungsform
untergebracht ist. 3 ist eine schematische Draufsicht
der gleichen Ausführungsform,
die einen Teil der Strömung
eines heißen,
in das Wärmeübergangsrohr
strömenden
Fluids zeigt. 4 zeigt eine Rippenstruktur
gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der Erfindung, eine einzelne Einheit eines flachen Wärmeübergangsrohrs
mit einer darin untergebrachten Rippenstruktur und eine schematisch
perspektivische Ansicht eines essentiellen Teils. 5 zeigt
eine Rippenstruktur gemäß einer
dritten Ausführungsform
der Erfindung und eine einzelne Einheit eines flachen Wärmeübergangsrohrs
mit einer darin untergebrachten Rippenstruktur, und eine schematisch
perspektivische Ansicht eines essentiellen Teils. 6 ist eine
vergrößerte perspektivische
Ansicht, die einen essentiellen Teil einer in der gleichen Ausführungsform
untergebrachten Rippenstruktur zeigt. 7 zeigt
einen Strömungsverteilungszustand
und eine Strömungsgeschwindigkeitsverteilung
eines heißen
Fluids in der gleichen Ausführungsform. 8 ist
eine schematisch perspektivische Ansicht, die einen essentiellen
Teil einer Rippenstruktur einer vierten Ausführungsform der Erfindung zeigt. 9 ist
eine schematisch perspektivische Ansicht, die einen essentiellen
Teil einer Rippenstruktur einer fünften Ausführungsform der Erfindung zeigt. 10a bis 10c zeigen
einen essentiellen Teil einer einzelnen Einheit einer Rippenstruktur
gemäß einer
sechsten Ausführungsform
der Erfindung. 10a stellt eine Draufsicht, 10b eine Seitenansicht und 10c eine
Frontansicht dar. 11 ist eine teilweise geschnittene
Frontansicht, die einen Röhrenwärmetauscher
gemäß einer
siebten Ausführungsform
der Erfindung zeigt. 12 ist eine perspektivische
Ansicht, die einen essentiellen Teil einer Rippenplatte einer ersten
Gegenüberstellung
gemäß der Erfindung
und einer einzelnen Einheit eines flachen Wärmeübergangsrohrs mit einer darin
untergebrachten Rippenplatte zeigt. 13 ist
eine vergrößerte perspektivische
Ansicht eines essentiellen Teils der in der gleichen Gegenüberstellung
unterzubringenden Rippenplatte. 14 zeigt
einen Strömungsverteilungszustand
und eine Strömungsgeschwindigkeitsverteilung
eines heißen
Fluids in der gleichen Gegenüberstellung. 15 ist
eine perspektivische Ansicht eines essentiellen Teils einer Rippenplatte einer
zweiten Gegenüberstellung
gemäß der Erfindung
und eine einzelne Einheit eines flachen Wärmeübergangsrohrs mit einer darin
untergebrachten Rippenplatte.
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Nachfolgend
wird die Erfindung unter Bezugnahme auf ihre Ausführungsformen
näher erläutert. Dabei soll
die Erfindung nicht auf die Ausführungsformen
beschränkt
sein. Vielmehr kann die Erfindung im Rahmen derselben frei gestaltet
werden.
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(Ausführungsform 1)
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Gemäß der ersten
Ausführungsform
der Erfindung wird zur Ausbildung der Rippenplatte 2 ein
dünnes, rechteckiges
Bleches einer bestimmten Größe und einer
Dicke von 0,2 mm aus austenitischem, rostfreiem Stahl SUS 304, wie
in den 1a und 1b gezeigt,
bereitgestellt. In dieses Blech werden eine Vielzahl von rechteckigen
Aussparungen 2-1 einer bestimmten Größe eingestanzt. Zur Ausbildung
der Rippen der Rippenplatte 2 wird das gestanzte Blech
anschließend
einer plastischen Verarbeitung unterzogen. Die Rippen weisen einen
rechteckigen Querschnitt und eine in Längsrichtung wellenförmige Form
auf. An ihren Seiten weisen die Rippen die Aussparungen 2-1 auf,
wie in 2 zu sehen ist. Die Rippenplatte 2 wird
in ein aus einem identischen Material gefertigtes Wärmeübergangsrohr 1 der
Dicke von 0,5 mm eingesetzt und mit einem Lötmittel mit demselben ganzheitlich
verbunden, so dass ein Durchgang in dem Wärmeübergangsrohr 1 in
eine Vielzahl von Durchgängen 3 unterteilt
wird, die jeweils einen quadratischen Querschnitt aufweisen und
Längsrichtung wellenförmig ausgebildet
sind. Die in den Seitenwänden
der Rippenplatte 2 angeordneten Aussparungen 2-1 ermöglichen
es den benachbarten Durchgängen 3 miteinander
in Kommunikationsverbindung zu stehen. Acht auf diese Weise hergestellte
Wärmeübergangsrohre
werden in einen Kühlmantel
(obwohl nicht gezeigt) als Gasdurchgänge einer AGR Gaskühleinrichtung
eingebaut. Dieser Kühlmantel
wurde Kühlungsleistungsuntersuchungen
unterzogen. Diese Untersuchungsergebnisse wurden mit den zum Stand
der Technik gehörenden Untersuchungsergebnissen
verglichen. Diese Gegenüberstellung
der Untersuchungsergebnisse ist in der Tabelle 1 dargestellt. Aus
den Ergebnissen in der Tabelle 1 lässt sich folgendes bestätigen. Im
Fall der Erfindung ist es dem AGR Gas möglich, zwischen den benachbarten
schmalen Durchgängen 3 der
Rippenplatte 2 zu strömen,
so dass der Druck in den schmalen Durchgängen 3 einheitlich
ist. Wie der 7 zu entnehmen ist, ist die
Strömungsverteilung
und die Strömungsgeschwindigkeitsverteilung
des in den schmalen Durchgängen 3b eines
Wärmeübergangsrohres 1b strömenden AGR
Gases homogen, während
der Wärmeaustausch
mit dem das Wärmeübergangsrohr
umgebenden Kühlmantel
effektiv besser ist, was sich in einem hohen Temperaturwirkungsgrad äußert.
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Das
Plattenmaterial zur Ausbildung der zuvor beschriebenen Rippenplatte 2 besteht
aus dünnem, austenitischem,
rostfreiem Stahl SUS 304. Es ist jedoch nicht ausgeschlossen ein
anderes metallisches Material entsprechend auszuwählen, insofern
dieses Material eine bestimmte mechanische Festigkeit, eine exzellente
Wärmefestigkeit,
eine bestimmte Korrosionsbeständigkeit,
Wärmeübertragung
und eine zufriedenstellende Verarbeitbarkeit aufweist. Zudem werden
die Aussparungen 2-1 in der Rippenplatte 2 mittels
einer Presse ausgestanzt. Jedoch kann als Verfahren zur Ausbildung
der Aussparungen ein mechanisches Schneidverfahren, ein Laser- oder
ein elektrisches Entladungsverfahren verwendet werden. Darüber hinaus
können
die Aussparungen durch Maskierung des Plattenmaterials und durch Ätzen in
einer ätzenden
Lösung
mit chemischen Mitteln ausgebildet werden.
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(Ausführungsform 2)
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Wie
in 4 zu sehen ist, wird eine Rippenplatte 2a, ähnlich der
Ausführungsform
1, bereitgestellt, die sich gegenüber der Ausführungsform
1 dadurch unterscheidet, dass anstelle der rechteckigen Aussparungen 2-1 kreisrunde
Durchgangslöcher 4 in
den Seitenwänden
der schmalen Durchgänge 3a der
Rippenplatte 2a ausgebildet sind. Die Rippenplatte 2a wird,
wie in der Ausführungsform
1, in ein Wärmeübergangsrohr 1a eingebaut
und mit diesem mittels ähnlicher
Verbindungsmittel ganzheitlich verbunden. Acht derartige Wärmeübergangsrohre 1a (4)
werden, wie in der Ausführungsform
1, in den Röhrenwärmetauscher
einer AGR Gaskühleinrichtung
eingebaut und Kühlungsuntersuchungen
unter den gleichen Bedingungen unterzogen. Die Untersuchungsergebnisse
verdeutlichen, dass ein im Wesentlichen zu der Ausführungsform
1 äquivalenter Kühlungswirkungsgrad
erreicht wird.
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(Ausführungsform 3)
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Wie
aus der 6 hervorgeht, wird eine Rippenplatte 2b, ähnlich der
Ausführungsform
2, bereitgestellt, wobei die Rippen der Rippenplatte 2b Längsrichtung
derselben eine geradlinige Form aufweisen. Hierzu bedarf es bei
den Mitteln zur Herstellung der Rippenplatte 2b keiner
komplizierten plastischen Verarbeitung nach dem Ausstanzen der Durchgangslöcher 4a,
sondern eines einfachen Pressverfahrens, so dass die Herstellkosten
für die
Rippenplatte 2b drastisch gesenkt werden können. Die
Rippenstruktur 2b wird analog zur Ausführungsform 2 in ein flaches
Wärmeübergangsrohr
eingesetzt und ganzheitlich mit denselben mittels ähnlicher
Mittel verbunden. Acht derartige Wärmeübergangsrohre 1b (5)
werden, wie in der Ausführungsform 2,
in den Röhrenwärmetauscher
einer AGR Gaskühleinrichtung
eingebaut und Kühlungsuntersuchungen
unter den gleichen Bedingungen unterzogen. Die Untersuchungsergebnisse
zeigen, dass der Wärmeaustauschwirkungsgrad
im Vergleich zur Ausführungsform
2 geringfügig
kleiner ist, jedoch der Kühlungswirkungsgrad
praktisch ausreichend ist.
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(Ausführungsform 4)
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Wie
aus der 8 hervorgeht, wird eine im Wesentlichen
der Ausführungsform
3 ähnelnde
Rippenplatte 2c bereitgestellt, die eine Vielzahl von erhabenen
Teilen 2c-2 mit einer rechteckigen Form aufweist, die in
die Durchgänge 3c abgesenkt
sind und in Form einer Zunge stromaufwärts in die Durchgänge 3c hineinragen.
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Bei
dieser Ausführungsform
der Erfindung bedarf es zur Herstellung der Rippenplatte 2c keiner
komplizierten plastischen Verarbeitung, wie in der Ausführungsform
2, sondern des einfachen Ausstanzens zur Ausbildung der erhabenen
Teile 2c-2, so dass die Herstellkosten für die Rippenplatte 2c drastisch
gesenkt werden können.
Diese Rippenplatte 2c wird in das flache Wärmeübergangsrohr
eingesetzt und mit demselben, wie in der Ausführungsform 3 ganzheitlich verbunden.
Acht derartige Wärmeübergangsrohre
(obwohl nicht gezeigt) werden in den Röhrenwärmetauscher einer AGR Gaskühleinrichtung
eingebaut und Kühlungsuntersuchungen
unter den gleichen Bedingungen unterzogen. Obwohl die Zwischenströmung des
heißen
Fluids bei dieser Ausführungsform
unmöglich
ist, verdeutlichen die Untersuchungsergebnisse, dass der durch die
erhabenen Rippen 2c-2 verursachte Randeffekt alle laminaren
Strömungen
des in den Durchgängen 3c strömenden heißen AGR
Gases auflöst,
so dass ein im Wesentlichen zu der Ausführungsform 3 äquivalenten
Kühlungswirkungsgrad
erreicht wird.
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(Ausführungsform 5)
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Wie
in 9 gezeigt, wird eine Rippenplatte 2d bereitgestellt,
die im Wesentlichen der Ausführungsform
4 entspricht, wobei das erhabene Teil 2d-2 im Vergleich
zur Ausführungsform
4 nicht rechteckig, sondern dreieckig ausgebildet ist und in Form
einer Zunge stromaufwärts
in einen Durchgang 3d der Rippenplatte 2d hineinragt.
Diese Rippenplatte 2d wird in das flache Wärmeübergangsrohr
eingesetzt und mit demselben, wie in der Ausführungsform 4 ganzheitlich verbunden.
Acht derartige Wärmeübergangsrohre
(obwohl nicht gezeigt) werden in den Röhrenwärmetauscher einer AGR Gaskühleinrichtung
eingebaut und Kühlungsuntersuchungen
unter den gleichen Bedingungen unterzogen. Die Untersuchungsergebnisse
ergeben, dass ein im Wesentlichen zu der Ausführungsform 4 identischer Kühlungswirkungsgrad
erreicht wird.
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(Ausführungsform 6)
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Bei
dieser Ausführungsform
der Erfindung wird eine Rippenplatte 2e bereitgestellt,
die im Wesentlichen der Ausführungsform
2 ähnelt,
mit dem Unterschied, dass Rippen der Rippenplatte 2e einen
quadratischen Querschnitt aufweisen und in Längsrichtung der Rippenplatte 2e analog
zur Ausführungsform
1 und 2 wellenförmig
ausgebildet sind. An den Seitenwänden
der Randteile der Rippenplatte 2e sind den schmalen Durchgängen 3e zugewandte
Furchen und Mulden 2e-3 und 2e-4 ausgebildet,
die sich vertikal in den Seitenwänden
erstrecken, wie in den 10a und 10b dargestellt ist. Die Furchen und Mulden 2e-3 und 2e-4 sind
in Bezug auf die Durchgänge 3e alternierend
bzw. wechselweise angebracht. Die Seitenwände sind nicht mit Durchgangslöchern 4 versehen.
Die Rippenplatte 2e wird in ein flaches Wärmeübergangsrohr,
wie in der Ausführungsform
2, eingebaut und Kühlungsuntersuchungen
unter den bekannten Umständen
unterzogen. Die Untersuchungsergebnisse zeigen, dass durch die Vielzahl
der Furchen und Mulden 2e-3 und 2e-4 an den Seitenwänden der
Randteile der Rippenplatte 2e Turbulenzen und Verwirbelungen
in dem strömenden
Fluid erzeugt werden, so dass praktisch ein ausreichender Kühlungswirkungsgrad
erreicht wird und die Bewegungswirkung stärker ist als erwartet, obwohl
der Zwischenfluss des heißen
Fluids zwischen den Durchgängen
unmöglich
ist. Es ist jedoch nicht ausgeschlossen, diese Furchen und Mulden
an den anderen verbleibenden Teilen und mikrowellenähnlichen
Teilen (2e-5) auszubilden.
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(Ausführungsform 7)
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In 11 ist
eine AGR Gaskühleinrichtung 50 abgebildet,
die Bestandteil eines gekühlten
AGR System eines Automobils ist. In dieser AGR Gaskühleinrichtung 50 ist
eine Vielzahl von Wärmeübergangsrohren 1 verbaut,
die entsprechend nach einer der Ausführungsformen 1 bis 6 bereitgestellt
werden. Die Wärmeübergangsrohre 1 werden
in einem Mantelkörper 51 der
AGR Gaskühleinrichtung 50 beabstandet
zueinander angeordnet, indem sie mit ihren Enden in Rohrbleche 50-3 und 50-4 eingesetzt
werden, die jeweils an den Enden des Mantelkörpers 51 am demselben
befestigt sind und diesen abdichten. An den beiden Enden des Mantelkörpers 51 werden
zudem Hauben 50-1 und 50-2 angebracht, die mit
einem Einlass G-1 und einem Auslass G-2 für ein AGR Gas G versehen sind.
Andererseits ist der Mantelkörper 51 an
den zwei Enden seines Umfangs mit einem Einlass W-1 und einem Auslass
W-2 für
ein kühlendes
Medium, wie zum Beispiel Motorkühlwasser
W in dieser Ausführungsform,
versehen. Der durch den Mantelkörper 51 und
die beiden Rohrbleche 50-3 und 50-4 gebildete
gasdichte Raum dient als wärmeaustauschender
Raum WA, in dem das Motorkühlwasser
W strömen
kann. Mittels einer Vielzahl von Supportplatten 50-5, die
im Raum WA angeordnet sind und in die die Wärmeübergangsrohre 1 in
elliptischen Durchgangslöchern 50-5 derselben
eingesetzt sind, werden die Wärmeübergangsrohre 1 als
Umlenkplatten stabil abgestützt,
so dass die Strömung
des im Raum WA strömenden
Kühlwassers
W verwirbelt wird. Zu diesem Zeitpunkt sind die Rippenplatten bereits
im Inneren der Wärmeübergangsrohre 1 untergebracht
und mit denselben mittels einer Lötverbindung ganzheitlich verbunden.
Die Befestigung der Rippenplatten durch das Löten könnte aber genauso gut nach
dem Einbau der Wärmeübergangsrohre
in den Mantelkörper 51 durchgeführt werden.
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In
der AGR Gaskühleinrichtung 50 strömt das heiße AGR Gas
G von dem AGR Gaseinlass G1 in den Mantelkörper 51 und durch
die in demselben angeordnete Vielzahl von Wärmeübergangsrohre 1. Das
Motorkühlwasser
W strömt
dagegen in den wärmeaustauschenden
Raum WA, der um die Wärmeübergangsrohre 1 ausgebildet
ist, so dass der Wärmeaustausch
zwischen dem AGR Gas G und Motorkühlwasser W über die Wände der Wärmeübergangsrohre 1 stattfindet.
In dieser Ausführungsform
der AGR Gaskühleinrichtung
wurde als flaches Rohr mit der großen wärmeabstrahlenden Fläche das
Wärmeübergangsrohr 1 eingesetzt,
in dem die Rippenplatte 2 untergebracht ist. Die Bewegungswirkung,
die Ablösung
der laminaren Strömungen, die
Streuung, die homogene Strömungsrate
und Strömungsgeschwindigkeit
des Fluids wirken derart zusammen, dass der Wärmeaustausch zwischen dem AGR
Gas G und der Motorkühlflüssigkeit
W verbessert wird, so dass der exzellenten Kühlungswirkungsgrad verifizierbar
ist.
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(Gegenüberstellung 1)
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Eine
Rippenplatte 12 wurde wie in der Ausführungsform 3 bereitgestellt,
wobei keine Durchgangslöcher
in den Seitenwänden
der Rippenplatte 12 ausgebildet wurden, wie in 13 gezeigt.
Es wurden 8 Wärmeübergangsrohre 10 mit
jeweils einer darin untergebrachten Rippenplatte 12 bereitgestellt,
wie in 12 gezeigt, in dem die Rippenplatte 12 in
das flache Rohr, wie bei der Ausführungsform 3, eingesetzt und
mit diesem ganzheitlich fest verbunden wurde. Als nächstes wurden
die 8 Wärmeübergangsrohre 10 in
die AGR Gaskühleinrichtung
G eingebaut, wie in der Ausführungsform
3, und anschließend
Kühlungsuntersuchungen
unter den bekannten Bedingungen unterzogen. Wie der 14 zu
entnehmen ist, wurde bezüglich
der Strömungsratenverteilung
und der Strömungsgeschwindigkeitsverteilung
des in den schmalen Durchgängen 13 des
Wärmeübergangsrohres 10 strömenden AGR
Gases eine sichtbare Änderung
festgestellt, wodurch der Wärmeaustauschwirkungsgrad
im Vergleich zur Ausführungsform
3 drastisch gemindert wurde.
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(Gegenüberstellung 2)
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Eine
wellenförmige
Rippenplatte 12a wurde, wie in der Ausführungsform 1 bereitgestellt,
wobei keine Durchgangslöcher
in den Seitenwänden
der Rippenplatte 12a ausgebildet wurden, wie in 15 gezeigt.
Es wurden 8 flache Wärmeübergangsrohre 10a mit
jeweils einer darin untergebrachten wellenförmigen Rippenplatte 12a bereitgestellt,
wie in 15 gezeigt, in dem die Rippenstruktur 12a in
das flache Rohr, in dem die Ausführungsform
1 eingebaut und mit diesem ganzheitlich fest verbunden wurde. Als
nächstes
wurden die 8 Wärmeübergangsrohre 10a,
wie in der Ausführungsform
1, in die AGR Gaskühleinrichtung
G eingebaut und anschließend
Kühlungsuntersuchungen
unter den bekannten Bedingungen unterzogen. Diese haben deutlich gemacht,
dass bezüglich
der Strömungsratenverteilung
und der Strömungsgeschwindigkeitsverteilung
des in den schmalen Durchgängen 13a des
Wärmeübergangsrohres 10a strömenden AGR
Gases eine sichtbare Änderung
auftrat, so dass der Wärmeaustauschwirkungsgrad
gegenüber
der Ausführungsform
1 trotz der wellenförmigen
Rippenstruktur 12a, die unter Anwendung eines kostspieligen
plastischen Verarbeitungsverfahrens hergestellt wurde, sichtbar
kleiner war.
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Die
Mittel zur Befestigung der verschiedenen Rippenplatten in den Wärmeübergangsrohren
sind frei wählbar
und nicht einschränkend.
Im Allgemeinen wird das Löten
zur Verbindung der Rippenplatten mit den flachen Wärmeübergangsrohren
verwendet, während
das Schweißen
oder Löten
vorzugsweise zur Verbindung der flachen Wärmeübergangsrohre mit dem Kühlmantel
(oder Mantelkörper)
oder dem Haubenteil (oder Rohr) und dergleichen verwendet wird.
In den vorangehenden einzelnen Ausführungsformen der Erfindung wird
darüber
hinaus das AGR Gas oder das gekühlte
Medium ausschließlich
durch das in dem Wärmeübergangsrohr
strömende
Fluid veranschaulicht. In einer weiteren Ausführungsform wird das Kühlwasser
oder das kühlende
Medium in das Wärmeübergangsrohr
geleitet, so dass die Außenseite
des Wärmeübergangsrohres den
Gasdurchgang für
das gekühlte
Medium bereitstellt. In diesem Fall werden in dem durch das Wärmeübergangsrohr
strömenden
Kühlwasser
Turbulenzen und Verwirbelungen gebildet, so dass die Wärme des
mit der Außenseite
des Wärmeübergangsrohres
in Verbindung stehenden Gases effizient ausgetauscht wird.
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Hierbei
werden die Aussparungen, die Durchgangslöcher, die erhabenen Teile,
die Furchen und Mulden und dergleichen, die an den Seitenwänden oder
den unteren oder oberen Wänden
der Rippenplatte ausgebildet sind, in den vorangehenden einzelnen
Ausführungsformen
lediglich durch die einzelnen Formen veranschaulicht. Es wird jedoch
bevorzugt, eine Rippenplatte mit einer Vielzahl von Formen in den
Durchgängen bereitzustellen.
Zusätzlich
zu den Aussparungen 2-1 in der Ausführungsform 1 könnten beispielsweise
die Durchgangslöcher 2e-3 und/oder
Furchen 2e-4 ausgebildet werden. Alternativ können sowohl
die erhabenen Rippen 2c-2 in der Ausführungsform 4 und die erhabenen
Rippen 2d-2 in der Ausführungsform
5 zusätzlich
zu den Durchgangslöchern 4a der
Ausführungsform
3 angeordnet werden, so dass Synergieeffekte aus einer solchen Struktur
hervorgehen. In den vorangehenden einzelnen Ausführungsformen sind darüber hinaus
die Aussparungen, die Durchgangslöcher, die erhabenen Teile und
dergleichen rechteckig, dreieckig oder kreisförmig ausgebildet. Es ist jedoch
nicht ausgeschlossen V-förmige
Aussparungen oder sternförmige
oder vieleckige Durchgangslöcher
entsprechend vorzusehen. Es versteht sich von selbst, dass die Aussparungen,
die Durchgangslöcher,
die erhabenen Teile, die Furchen und die Mulden und dergleichen,
in den einzelnen Ausführungsformen
zu einem Zeitpunkt vor oder nach dem Arbeitsvorgang zur Herstellung
der wellenförmigen
Ausbildung der Rippenplatte in ihrer Längsrichtung ausgebildet werden
können.
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Bei
der vorangehenden Rippenstruktur der Erfindung und wie aus den vorangehenden
einzelnen Ausführungsformen
und Gegenüberstellungen
ersichtlich ist, kann die mindestens eine Aussparung, das mindestens
eine Durchgangsloch, das mindestens eine erhabene Teil, die mindestens
eine Furche und Mulde und dergleichen, entweder für sich selbst
oder in Kombination an den Seiten der in dem flachen Wärmeübergangsrohr
untergebrachten und die Durchgänge
des entweder gekühlten
oder kühlenden
Mediums bildende Rippenplatte, deren Rippen den quadratischen Querschnitt
und in ihrer Längsrichtung
die freie Form aufweisen, ausgebildet werden. In den benachbarten
schmalen Durchgängen
strömen
die Fluide ineinander, so dass die Strömung in der flachen Richtung
in dem Wärmeübergangsrohr
frei ist. Folglich tritt auch keine Änderung in der Strömungsgeschwindigkeit
der Strömung
in den schmalen Durchgängen
des Wärmeübergangsrohres
auf. Demnach kann die Struktur eine einheitliche Strömungsgeschwindigkeit
aufrecht erhalten. Darüber
hinaus ist der Druck des Fluids in den schmalen Durchgängen einheitlich,
so dass die Verteilung des Fluids zwecks Verbesserung der Wärmeaustauschwirkung
gemittelt ist.
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Bei
dem flachen Wärmeübergangsrohr
mit der darin untergebrachten Rippenstruktur der Erfindung kann
das Fluid darüber
hinaus in die Aussparungen, die Durchgangslöcher und dergleichen aufgeteilten Durchgänge frei
strömen.
Folglich kann die Vermischung und die Kollision zwischen den Fluiden
häufig
stattfinden, um Turbulenzen und Verwirbelungen des arbeitenden Fluids
zu erzeugen, wobei die Strömungslinien des
Fluids kompliziert verteilt werden, so dass die laminare Strömung abreißt und die
Bewegungswirkung wiederholt wird, und das in dem Wärmeübergangsrohr
strömende
Fluid den Kontakt mit der Wärmeübergangsrohrwand
wiederholt und dadurch den Wärmeaustausch
verbessert. Zudem verursachen die Endteile der auszubildenden zuvor
genannten Aussparungen, Durchgangslöcher, erhabenen Teile, Furchen
und Mulden und dergleichen die wärmeaustauschenden
Randeffekte und die Fluidbewegungswirkungen, durch die die Wärmeaustauschwirkung
verbessert wird. Folglich kann die Rippenstruktur gemäß der Erfindung
regelrecht als die Fluidbewegungsrippenplatte nicht nur in dem Röhrenwärmetauscher,
sondern auch in dem Wärmetauscher zur
Wiedergewinnung der Abwärme
von Abgasen, der wärmeaustauschenden
Wärmeübergangsplatte
eines AGR Gaskühlers,
in einem Kraftstoffkühler,
einem Ölkühler, einem
Zwischenkühler
und dergleichen untergebracht werden. Gleichzeitig ermöglicht das
Wärmeübergangsrohr
mit der darin untergebrachten Rippenstruktur und der Röhrenwärmetauscher
mit dem darin untergebrachten Wärmeübergangsrohr
die Reduktion der Größe und des
Gewichts jener Apparate wegen ihrer exzellenten Wärmeaustauschwirkung
und fördert
somit die Kompaktheit dieser Apparate. Folglich kann der Wärmetauscher,
der einfach in einen begrenzten Einbauraum verbaut werden kann,
zu relativ geringen Herstellkosten bereitgestellt werden, so dass
eine breite Anwendung desselben erwartet werden kann.
