DE19654363B4 - Exhaust gas heat exchanger for an internal combustion engine - Google Patents

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Abstract

Abgaswärmeübertrager für einen Verbrennungsmotor, mit einem Bündel aus innen mit Wirbelerzeugern versehenen Strömungskanälen für Gas, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungskanäle als Rohre (10, 11) ausgeführt sind, die aus jeweils einem Blechstreifen (14, 17) geformt sind, an welchem die Wirbelerzeuger (12, 13) angebracht sind, wobei der Blechstreifen (14, 17) mit nach außen ausgeprägten noppenförmigen Vorsprüngen (16) versehen ist und eine Höhe der noppenförmigen Vorsprünge (16) einem Abstand zu benachbarten Rohren des Rohrbündels entspricht.Exhaust gas heat exchanger for one Internal combustion engine, with a bundle from inside with vortex generators provided flow channels for gas, characterized that the flow channels as pipes (10, 11) are, which are each formed from a metal strip (14, 17), on which the vortex generators (12, 13) are mounted, wherein the Sheet metal strips (14, 17) with outwardly pronounced knob-shaped projections (16) is provided and a height the knob-shaped projections (16) corresponds to a distance to adjacent tubes of the tube bundle.

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Description

Die Erfindung betrifft einen Abgaswärmeübertrager für einen Verbrennungsmotor, mit einem Bündel aus innen mit Wirbelerzeugern versehenen Strömungskanälen für Gas.The The invention relates to an exhaust gas heat exchanger for one Internal combustion engine, with a bundle from inside with vortex generators provided flow channels for gas.

Bei einem bekannten Wärmeübertrager der eingangs genannten Art ( DE 94 06 197 U1 ) besteht das Bündel aus einem Paket von Blechschalen, die die Strömungskanäle bilden. In die Blechschalen sind Blecheinlagen eingelegt, die die Blechschalen in einzelne Strömungskanäle unterteilen und die mit nach innen aufgestellten Wirbelerzeugern in Form von rechtwinkligen, zur Strömungsrichtung sich v-förmig aufweitenden Laschen versehen sind.In a known heat exchanger of the type mentioned ( DE 94 06 197 U1 ), the bundle consists of a package of sheet metal shells that form the flow channels. In the sheet metal shells sheet inserts are inserted, which divide the sheet metal shells into individual flow channels and which are provided with inwardly established vortex generators in the form of rectangular, to the flow direction v-shaped flared tabs.

In einer nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung ( DE 195 40 683 A1 ) ist offenbart, daß die Strömungskanäle aus einem Bündel von Rechteckrohren bestehen, deren Innenwandungen mit den ebenfalls laschenförmigen Wirbelerzeugem versehen sind.In a non-prepublished German patent application ( DE 195 40 683 A1 ) It is disclosed that the flow channels consist of a bundle of rectangular tubes whose inner walls are provided with the likewise lug-shaped vortex generators.

Aus der DE 42 30 865 A1 ist ein Rohr bzw. ein Verfahren zur Herstellung eines dünnwandigen Rohres mit großem Rohrdurchmesser bekannt, wobei das Rohr zur Versteifung mit äußeren zueinander beabstandeten Verstärkungsstegen versehen ist. Ein Blechband ist in die Form des Rohres ge bracht, wobei die Verstärkungsstege gleichzeitig mit dem Produktionsvorgang des Rohres abgekantet bzw. zugeführt und verschweißt werden.From the DE 42 30 865 A1 a pipe or a method for producing a thin-walled pipe with a large pipe diameter is known, wherein the tube is provided for stiffening with outer spaced-apart reinforcing webs. A sheet metal strip is placed in the shape of the tube ge, wherein the reinforcing webs are folded or fed simultaneously with the production process of the tube and welded.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Abgaswärmeübertrager der eingangs genannten Art in möglichst wirtschaftlicher Weise die Strömungskanäle herzustellen.Of the Invention is based on the object in an exhaust gas heat exchanger of the type mentioned in as possible economical way to produce the flow channels.

Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 dadurch gelöst, daß die Strömungskanäle als Rohre ausgebildet sind, die aus jeweils einem Blechstreifen geformt sind, an welchem die Wirbelerzeuger angebracht sind.These Task becomes in connection with the characteristics of the generic term of the Patent claim 1 solved by that the Flow channels formed as tubes are, which are each formed of a sheet metal strip on which the vortex generators are attached.

Der Blechstreifen ist ferner mit nach außen ausgeprägten noppenförmigen Vorsprüngen versehen, die jeweils zwischen zwei hintereinander folgenden Paaren von Wirbelerzeugem angeordnet sind. Diese noppenförmigen Vorsprünge haben eine Höhe, die dem Abstand zu den benachbarten Rohren des Rohrbündels entspricht.Of the Sheet metal strip is also provided with outwardly pronounced knob-shaped projections, each between two successive pairs of vortex generators are arranged. This knob-shaped projections have a height, which corresponds to the distance to the adjacent tubes of the tube bundle.

In Ausgestaltung der Erfindung wird vorgesehen, daß die Blechstreifen mittels Abkanten zu Mehrkantrohren, insbesondere zu Sechskantrohren, geformt sind, die jeweils mittels einer Längsnaht verschweißt sind. Derartige Mehrkantrohre und insbesondere Sechskantrohre bieten eine gleichmäßige Durchströmung und ermöglichen es außerdem, zu sehr kompakten Rohrbündeln zusammengefaßt zu werden.In Embodiment of the invention it is provided that the metal strip by means Bending to polygonal tubes, in particular to hexagonal tubes shaped are, which are each welded by means of a longitudinal seam. Such polygonal tubes and in particular hexagonal tubes offer a uniform flow and enable it also to very compact tube bundles summarized to become.

Bei einer anderen Ausgestaltung wird vorgesehen, dass die Blechstreifen jeweils wendelförmig zu Rundrohren gewickelt und jeweils an einer wendelförmigen Längsnaht verschweißt oder verlötet sind. Derartige Rundrohre sind strömungstechnisch günstig, da sie eine gleichmäßige Durchströmung bei verhältnismäßig geringem Druckverlust ermöglichen. Darüber hinaus las sen sich derartige Rundrohre sehr kompakt zu einem Rohrbündel zusammenfassen.at Another embodiment provides that the metal strips each helical too Round tubes wound and each on a helical longitudinal seam welded or soldered. Such round tubes are aerodynamically favorable because they have a uniform flow at relatively low Allow pressure loss. Furthermore las sen such round tubes very compact to summarize a tube bundle.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen:Further Features and advantages of the invention will become apparent from the following Description of the embodiments shown in the drawing:

1 zeigt eine Teil-Draufsicht auf einen mit Wirbelerzeugern versehenen Blechstreifen der zu einem Sechskantrohr gekantet werden kann, 1 shows a partial top view of a provided with vortex generators sheet metal strip can be folded into a hexagonal tube,

2 eine Stirnansicht eines aus dem Blechstreifen der 1 gebildeten Sechskantrohres, 2 an end view of a sheet metal strip of the 1 formed hexagonal tube,

3 eine Teildraufsicht auf einen mit Wirbelerzeugern versehenen Blechstreifen, 3 a partial plan view of a provided with vortex generators sheet metal strip,

4 eine Teilansicht eines aus dem Blechstreifen der 3 gewickelten Rundrohres und 4 a partial view of a sheet metal of the 3 wound round tube and

5 eine Stirnansicht des Rundrohres der 4. 5 an end view of the round tube of 4 ,

Die in 2 und 5 dargestellten Rohre 10, 11 sind jeweils für einen Wärmeübertrager, insbesondere einen Abgaswärmeübertrager, bestimmt. Aus einer Vielzahl von Rohren 10 oder 11 wird ein Rohrbündel gebildet, wobei die Rohrenden jeweils in Rohrböden angeordnet sind. Das Rohrbündel wird mit einem sich zwischen den Rohrböden erstreckenden Außenmantel umgeben, der im Bereich des einen Rohrbodens mit einem Eintritt für ein flüssiges Kühlmittel und im Bereich des anderen Rohrbodens mit einem Austritt für das flüssige Kühlmittel versehen ist. Die Rohre 10, 11, die innen mit paarweise angeordneten Wirbelerzeugem 12, 13 versehen sind, dienen zur Führung des Gases, insbesondere des Abgases. Die Wirbelerzeuger 12, 13 be wirken einen besseren Wärmeübergang zwischen dem Gas und dem jeweiligen Rohr, wobei sie gleichzeitig das Ablagern von in dem Gas und insbesondere in dem Abgas eines Verbrennungsmotors enthaltenen Partikeln weitgehend verhindern.In the 2 and 5 illustrated pipes 10 . 11 are each intended for a heat exchanger, in particular an exhaust gas heat exchanger. From a variety of pipes 10 or 11 a tube bundle is formed, wherein the pipe ends are each arranged in tube sheets. The tube bundle is surrounded by an outer jacket extending between the tubesheets, which is provided with an inlet for a liquid coolant in the region of one tube plate and with an outlet for the liquid coolant in the region of the other tube plate. The pipes 10 . 11 placed inside with paired vortex generators 12 . 13 are provided, serve to guide the gas, in particular the exhaust gas. The vortex generators 12 . 13 Be a better heat transfer between the gas and the respective pipe, while they largely prevent the deposition of particles contained in the gas and in particular in the exhaust gas of an internal combustion engine.

Das in 2 dargestellte Sechskantrohr 10 ist aus einem Blechstreifen 14 hergestellt, der in 1 zu einem Ausschnitt dargestellt ist. Der Blechstreifen 14 ist fünffach um jeweils 60° abgewinkelt, so daß dadurch das Sechskantrohr 10 gebildet wird. Das Rohr wird dadurch dicht verschlossen, daß die aneinander liegenden Ränder mittels einer Längsnaht 15 dichtend verschweißt sind. Der Blechstreifen 14 wird mit den Wirbelerzeugern 12, 13 versehen, bevor er zu dem Sechskantrohr 10 gekantet und geschweißt wird. Die Wirbelerzeuger 12, 13, die in Strömungsrichtung v-förmig auseinanderlaufende Laschen sind, die in Strömungsrichtung auch an der Stelle ihrer stärksten Annäherung einen Abstand zueinander einhalten, sind in schräg zur Längsrichtung des Blechstreifens 14 verlaufenden Reihen angeordnet. Diese Reihen sind so gewählt, daß bei dem fertigen Sechskantrohr 10 jeweils zwei Paare von Wirbelerzeugem 12, 13 in einer gemeinsamen Radialebene liegen und an sich diametral gegenüberliegenden Rohrwandungen befinden.This in 2 illustrated hexagonal tube 10 is from a metal strip 14 made in 1 is shown to a section. The metal strip 14 is five times angled at 60 °, so that thereby the hexagonal tube 10 is formed. The tube is thereby sealed, that the adjacent edges by means of a longitudinal seam 15 sealed tightly. The metal strip 14 becomes with the vortex generators 12 . 13 provided before going to the hexagonal tube 10 canted and welded. The vortex generators 12 . 13 , which are in the flow direction V-shaped diverging tabs, which maintain a distance from each other in the flow direction at the point of their closest approach, are oblique to the longitudinal direction of the metal strip 14 arranged in rows. These rows are chosen so that in the finished hexagonal tube 10 two pairs of vortex generators each 12 . 13 lie in a common radial plane and are located diametrically opposite pipe walls.

Der Blechstreifen ist ferner mit nach außen ausgeprägten noppenförmigen Vorsprüngen 16 versehen, die jeweils zwischen zwei hintereinander folgenden Paaren von Wirbelerzeugem 12, 13 angeordnet sind. Diese noppenförmigen Vorsprünge haben eine Höhe, die dem Abstand zu den benachbarten Rohren des Rohrbündels entspricht, das aus Sechskantrohren 10 hergestellt wird. Dadurch stützen sich die Sechskantrohre 10 des Rohrbündels gegeneinander ab, so daß eine Aussteifung erhalten wird. Darüber hinaus wird durch diese Abstützung erreicht, daß ein aus derartigen Sechskantrohren 10 gebildeter Wärmeübertrager relativ schwingungsunempfindlich ist.The metal strip is also outwardly pronounced knob-shaped projections 16 each provided between two successive pairs of vortex generators 12 . 13 are arranged. These knob-shaped projections have a height which corresponds to the distance to the adjacent tubes of the tube bundle, which consists of hexagonal tubes 10 will be produced. As a result, the hexagonal tubes are supported 10 of the tube bundle against each other, so that a stiffener is obtained. In addition, it is achieved by this support that one of such hexagonal tubes 10 formed heat exchanger is relatively insensitive to vibration.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach 3 bis 5 ist ein mit jeweils paarweise angeordneten Wirbelerzeugern 12, 13 versehener Blechstreifen 17 wendelförmig zu einem Rundrohr 11 gewickelt, wonach die aneinanderliegenden Ränder mittels einer wendelförmigen Schweißnaht 18 dicht miteinander verbunden sind. An dem Blechstreifen 17 sind die Wirbelerzeuger 12, 13 derart angeordnet, daß sie nach dem wendelförmigen Wickeln des Blechstreifens jeweils symmetrisch zur Längsachse des gewickelten Rohres 11 ausgerichtet sind.According to the embodiment 3 to 5 is a paired vortex generators 12 . 13 provided sheet metal strip 17 helical to a round tube 11 wound, after which the adjacent edges by means of a helical weld 18 are tightly interconnected. At the metal strip 17 are the vortex generators 12 . 13 arranged such that, after the helical winding of the metal strip, each symmetrical to the longitudinal axis of the wound tube 11 are aligned.

Bei einer abgewandelten Ausführungsform werden die Ränder des Blechstreifens 17 mit einer Mikroverzahnung versehen, wie sie aus der DE 44 14 037 A1 bekannt ist. Bei dem Wickeln des Blechstreifens 17 zu dem Rohr 11 greifen die verzahnten Ränder ineinander ein, so daß das Rohr damit schon bereits eine mechanische Festigkeit erhält. Ein derartiges Rohr kann dann beispielsweise im Bereich dieser verzahnten Ränder verlötet werden, um eine Dichtheit zu erreichen.In a modified embodiment, the edges of the sheet metal strip 17 provided with a micro-toothing, as shown in the DE 44 14 037 A1 is known. When winding the sheet metal strip 17 to the pipe 11 engage the toothed edges into each other, so that the tube already receives a mechanical strength already. Such a tube can then be soldered, for example, in the region of these toothed edges in order to achieve a tightness.

Bei einer nicht dargestellten Ausführungsform ist der Blechstreifen 17 in ähnlicher Weise wie der Blechstreifen 14 mit noppenartig nach außen geprägten Vorsprüngen 16 versehen, so daß die einander benachbarten Rundrohre eines Rohrbündels sich gegeneinander abstützen.In one embodiment, not shown, the sheet metal strip 17 in a similar way as the sheet metal strip 14 with pimple-like outward embossed protrusions 16 provided so that the adjacent round tubes of a tube bundle are supported against each other.

Die Wirbelerzeuger können in unterschiedlicher Weise an den Blechstreifen 14, 17 angebracht werden. Beispielsweise können sie durch Tiefziehen oder Prägen oder Buckelschweißen o. dgl. hergestellt werden. Ebenso ist es möglich, Wirbelerzeugerpaare oder auch einzelne Wirbelerzeuger einzulöten oder einzuschweißen. Ebenso können mit den Wirbelerzeugern versehene Trägerbleche in den Rohren 10, 11 angebracht werden.The vortex generators can be attached to the metal strip in different ways 14 . 17 be attached. For example, they can be produced by deep drawing or embossing or projection welding or the like. It is also possible to solder or weld vortex generator pairs or individual vortex generators. Similarly, provided with the vortex generators support plates in the tubes 10 . 11 be attached.

Claims (8)

Abgaswärmeübertrager für einen Verbrennungsmotor, mit einem Bündel aus innen mit Wirbelerzeugern versehenen Strömungskanälen für Gas, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungskanäle als Rohre (10, 11) ausgeführt sind, die aus jeweils einem Blechstreifen (14, 17) geformt sind, an welchem die Wirbelerzeuger (12, 13) angebracht sind, wobei der Blechstreifen (14, 17) mit nach außen ausgeprägten noppenförmigen Vorsprüngen (16) versehen ist und eine Höhe der noppenförmigen Vorsprünge (16) einem Abstand zu benachbarten Rohren des Rohrbündels entspricht.Exhaust gas heat exchanger for an internal combustion engine, comprising a bundle of gas flow channels provided internally with vortex generators, characterized in that the flow channels are in the form of tubes ( 10 . 11 ) are executed, each consisting of a metal strip ( 14 . 17 ) at which the vortex generators ( 12 . 13 ) are mounted, wherein the sheet metal strip ( 14 . 17 ) with outwardly pronounced knob-shaped projections ( 16 ) and a height of the knob-shaped projections ( 16 ) corresponds to a distance to adjacent tubes of the tube bundle. Abgaswärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Blechstreifen (14) mittels Abkanten zu Mehrkantrohren, insbesondere zu Sechskantrohren (10), geformt sind, die jeweils mittels einer Längsnaht (15) verschweißt sind.Exhaust heat exchanger according to claim 1, characterized in that the metal strips ( 14 ) by means of folding to polygonal tubes, in particular to hexagonal tubes ( 10 ) are formed, each by means of a longitudinal seam ( 15 ) are welded. Abgaswärmeübertrager nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Blechstreifen (14) derart mit Wirbelerzeugern (12, 13) versehen sind, daß in dem daraus geformten Rohr (10) jeweils zwei Paare von Wirbelerzeugern (12, 13) in einer gemeinsamen Radialebene liegen.Exhaust heat exchanger according to claim 2, characterized in that the metal strips ( 14 ) with swirl generators ( 12 . 13 ) that in the tube formed therefrom ( 10 ) two pairs of vortex generators ( 12 . 13 ) lie in a common radial plane. Abgaswärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Blechstreifen (17) jeweils wendelförmig zu Rundrohren (11) gewickelt und jeweils an einer wendelförmigen Längsnaht (18) miteinander verschweißt oder verlötet sind.Exhaust heat exchanger according to claim 1, characterized in that the metal strips ( 17 ) in each case helically to round tubes ( 11 ) and in each case on a helical longitudinal seam ( 18 ) are welded or soldered together. Abgaswärmeübertrager nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die paarweise vorgesehenen Wirbelerzeuger (12, 13) derart an dem Blechstreifen (17) angeordnet sind, dass die Wirbelerzeuger (12, 13) jedes Paares nach dem Wickeln spiegelsymmetrisch schräg zur Achsrichtung des Rohres (11) liegen und schräg zur Achsrichtung v-förmig auseinanderlaufen.Exhaust heat exchanger according to claim 4, characterized in that the pairs of vortex generators ( 12 . 13 ) on the sheet metal strip ( 17 ), that the vortex generators ( 12 . 13 ) of each pair after winding mirror-symmetrically inclined to the axial direction of the tube ( 11 ) and diverge obliquely to the axial direction v-shaped. Abgaswärmeübertrager nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ränder der Blechstreifen (17) mit Verzahnungen versehen sind, die beim Wickeln ineinander eingreifen.Exhaust heat exchanger according to claim 4 or 5, characterized in that the edges of the metal strips ( 17 ) are provided with teeth that engage each other during winding. Abgaswärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Wirbelerzeuger (12, 13) durch Tiefziehen, Prägen, Buckelschweißen hergestellt oder eingelötet oder geschweißt sind.Exhaust heat exchanger according to one of the preceding claims, characterized in that vortex generators ( 12 . 13 ) by deep drawing, embossing, projection welding or soldered or welded. Abgaswärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit Wirbelerzeugern (12, 13) versehene Trägerbleche in den Rohren (10, 11) angebracht sind.Exhaust heat exchanger according to one of the preceding claims, characterized in that with vortex generators ( 12 . 13 ) provided carrier plates in the tubes ( 10 . 11 ) are mounted.
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