EP2395225A2 - Wärmeübertrager , insbesondere Abgaswärmeübertrager - Google Patents

Wärmeübertrager , insbesondere Abgaswärmeübertrager Download PDF

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EP2395225A2
EP2395225A2 EP11167042A EP11167042A EP2395225A2 EP 2395225 A2 EP2395225 A2 EP 2395225A2 EP 11167042 A EP11167042 A EP 11167042A EP 11167042 A EP11167042 A EP 11167042A EP 2395225 A2 EP2395225 A2 EP 2395225A2
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EP
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heat exchanger
exhaust gas
partial
partial heat
flap
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EP11167042A
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Dieter Schmadl
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Mahle Behr GmbH and Co KG
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Behr GmbH and Co KG
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    • F02M26/23—Layout, e.g. schematics
    • F02M26/28—Layout, e.g. schematics with liquid-cooled heat exchangers

Definitions

  • the invention relates to a heat exchanger, in particular an exhaust gas heat exchanger, according to the preamble of claim 1 and a method for operating an exhaust system according to claim 10,
  • Heat exchangers which are used as exhaust heat exchanger or exhaust gas cooler in the exhaust gas recirculation in motor vehicles are known in various designs, for example by the DE 199 07 163 C2 the applicant.
  • a heat exchanger in particular Abgas139ubertrager for a motor vehicle provided with exhaust gas and cooled by a fluid channels, the heat exchanger having a first partial heat exchanger and at least a second partial heat exchanger, the second partial heat exchanger having means which are formed to dehumidify the exhaust gas.
  • the second partial heat exchanger it is possible, on the one hand, for the second partial heat exchanger to be arranged below the first partial heat exchanger or, alternatively, for the first and second partial heat exchangers to be arranged concentrically, the second partial heat exchanger being arranged outside the first partial heat exchanger.
  • the first and second partial heat exchanger is arranged as a structural unit in a common housing.
  • the second Operafigurationüberirager could also be arranged as a bypass channel outside the housing.
  • first partial heat exchanger is embodied with channels through which exhaust gas can flow and which can be cooled by a fluid.
  • the first partial heat exchanger is thus designed as a conventional Abgas139ubertrager of the prior art, while the second has a means which is designed to dehumidify the exhaust gas.
  • This agent is preferably a sorbent, for example zeolite, which fills the second Tell139übertrager partially or intelligently.
  • the sorbent is arranged concentrically on the inner wall of the second Operanceübertragers and connected thereto.
  • the second partial heat exchanger is electrically heated, so that if necessary, the means for dehumidification can be baked out.
  • the heat exchanger further comprises a flap, so that the exhaust gas flow into a first partial flow in the first partial heat exchanger and a second partial flow in the second partial heat exchanger can be divided.
  • the flap By means of the flap, the individual partial flows can thus be specifically controlled and / or regulated.
  • the second partial heat exchanger has a drain for separating the condensate from the exhaust gas.
  • Such a heat exchanger can be used in particular in an exhaust system of a motor vehicle in order to dehumidify the exhaust gas flow.
  • Fig. 1 time designed as a Abgastownauertraser 1 heat exchanger, as used for example in the exhaust gas recirculation for motor vehicles.
  • the exhaust gas 2 flows through an inlet 11 into the heat exchanger and leaves it through an outlet 12.
  • the cooling of the exhaust gas is effected by a fluid 3, preferably a coolant, which can be taken from a cooling circuit (not shown) of the internal combustion engine of the motor vehicle.
  • the coolant flows through an inlet 13 into the heat exchanger, exchanges heat with the exhaust gas and leaves the heat exchanger through an outlet 14,
  • the exhaust gas heat exchanger 1 has a housing shell 16 and is divided in its interior into a first partial heat exchanger 4 and a second partial heat exchanger 5. Not shown in this embodiment channels, in the form of exhaust pipes. These exhaust pipes, that is, pipes through which exhaust gas can flow, are arranged such that gaps exist between them, through which the coolant 3 can flow,
  • the exhaust pipes are arranged only in the first partial heat exchanger 4.
  • a sorbent 6 which is adapted to dehumidify the exhaust gas flowing into the second partial heat exchanger 5 (second partial flow 9).
  • the sorbent for example zeolite, is arranged on the inner wall of the second Partisseübertragers.
  • a flap 7 Downstream of the inlet 11 of the exhaust gas heat exchanger 1, a flap 7 is arranged, which regulates the exhaust gas stream 2 in the first (first partial flow 8) and second (second partial flow 9) partial heat exchanger.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager, insbesondere Abgaswärmeübertrager (1) für ein Kraftfahrzeug mit von Abgas (2) durchströmbaren und von einem Fluid (3) kühlbaren Kanälen, wobei der Wärmeübertrager einen ersten Tellwärmeübertrager(4) und zumindest einen zweiten Teilwärmeübertrager (5) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Teiwärmeübertrager Mittel (6) aufweist, die ausgebildet sind, um das Abgas zu entfeuchten.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager, insbesondere einen Abgaswärmeübertrager, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zum Betreiben einer Abgasanlage nach Anspruch 10,
  • Wärmeübertrager, die als AbgaswärmeÜbertrager beziehungsweise Abgaskühler bei der Abgasrückführung in Kraftfahrzeugen eingesetzt werden, sind in verschiedenen Ausführungen bekannt, beispielsweise durch die DE 199 07 163 C2 der Anmelderin.
  • Abhängig von der Verschaltung werden sehr niedrige Abgastemperaturen erreicht, wodurch große Mengen an säurehaltigem, kondensat ausfallen, die zu Korrosionsangriffen führen können. Das anfallende Kondensat wird durch den Abgaswärmeübertrager geleitet und greift die abgasführenden Bauteile an, Ferner können auch andere Bauteile, die abströmseitig des Abgaswärmeubenragers angeordnet sind, wie beispielsweise ein Ladeluftkühler, von dem aggressiven Kondensat beschädigt werden.
  • Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Wärmeübertrager, insbesondere einen Abgaswarmeübertrager bereitzustellen, der diese Probleme beseitigt und zudem noch einfach und kostengünstig herstellbar ist.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Wärmeübertrager mit den Merkmalen des Anspruchs 1, Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Gemäß eines Grundgedankens der Erfindung ist ein Wärmeübertrager, insbesondere Abgaswärmeubertrager für ein Kraftfahrzeug mit von Abgas durchströmbaren und von einem Fluid kühlbaren Kanälen vorgesehen, wobei der Wärmeübertrager einen ersten Teilwärmeübertrager und zumindest einen zweiten Teilwärmeübertrager aufweist, wobei der zweite Teilwärmeübertrager Mittel aufweist, die ausgebildet sind, um das Abgas zu entfeuchten. Durch die Integration der Entfeuchtungsfunktion in den Wärmeübertrager wird die Aufgabe gelöst, den Abgasstrom frühzeitig zu entfeuchten und somit abströmseitige, Bauteile und den Abgaswärmeübertrager selbst vor Korrosion zu schützen. Zudem wird durch die kompakte Bauform Bauraum gespart und insgesamt die Herstellungskosten gesenkt.
  • Hierbei ist es einerseits möglich, dass der zweite Teilwärmeubertrager unterhalb des ersten Teilwärmeübertrager angeordnet ist oder dass alternativ der erste und zweite Teilwärmeübertrager konzentrisch angeordnet sind, wobei der zweite Teilwärmeübertrager außerhalb des ersten Teilwärmeübertragers angeordnet ist. Insbesondere ist vorgesehen, dass der erste und zweite Teilwärmeübertrager als eine Baueinheit in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet ist. Alternativ könnte der zweite Teilwärmeüberirager aber auch als ein Bypasskanal außerhalb des Gehäuses angeordnet sein.
  • In einer weiteren Ausführungsform ist lediglich der erste Teilwärmeübertrager mit von Abgas durchströmbaren und von einem Fluid kühlbaren Kanäle ausgeführt. Der erste Teilwärmeübertrager ist somit als herkömmlicher Abgaswärmeubertrager nach dem Stand der Technik ausgeführt, während der zweite ein Mittel aufweist, das ausgebildet ist, um das Abgas zu entfeuchten.
  • Dieses Mittel ist bevorzugt ein Sorptionsmittel, beispielsweise Zeolith, das den zweiten Tellwärmeübertrager teilweise oder verständig ausfüllt. Beispielsweise ist das Sorptionsmittel konzentrisch an der Innenwand des zweiten Teilwärmeübertragers angeordnet und mit dieser verbunden.
  • Alternativ ist der zweite Teilwärmeübertrager elektrisch beheizbar, so dass bei Bedarf das Mittel zur Entfeuchtung ausgeheizt werden kann.
  • In einer weiteren Ausführungsform weist der Wärmeübertrager ferner eine Klappe auf, so das der Abgasstrom in einen ersten Teilstrom in den ersten Teilwärmeübertrager und einen zweiten Teilstrom in den zweiten Teilwärmeübertrager aufteilbar ist. Durch die Klappe können somit die einzelnen Teilströme gezielt gesteuert beziehurtgsweise geregelt werden.
  • In einer weiteren Ausführungsform weist der zweite Teilwärmeübertrager einen Abfluss zum Abscheiden des Kondensats aus dem Abgas auf.
  • Ein derartiger Wärmeübertrager kann insbesondere in einer Abgasanlage eines Kraftfahrzeuges eingesetzt werden, um den Abgasstrom zu entfeuchten.
  • Zum Betreiben einer derartigen Abgasanlage ist auch ein Verfahren mit folgenden Merkmalen vorgesehen:
    • Absperren des ersten Teilwärmeübertragers mittels der Klappe, so dass das Abgas ausschließlich in den zweiten Teilwärmeübertrager strömt und entfeuchtet wird.
    • Teilweises Öffnen der Klappe, so dass das Abgas in den ersten und zweiten Teilwärmeübertrager strömt und im zweiten Teilwärmeübertrager die Feuchtigkeit durch das Abgas ausgetrieben wird.
    • Abführen der Feuchtigkeit aus dem zweiten Teilwärmeübertrager über den Abfluss.
    • Absperren des zweiten Teilwärmeübertragers mittels der Klappe, so dass das Abgas ausschließlich in den ersten Teilwärmeübertrager strömt.
  • Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der Jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
  • Weitere wichtige Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den Ansprüchen und der Zeichnung.
  • Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Wärmeübertragers beschrieben und anhand der anlegenden Zeichnung naher erläutert.
  • Es zeigt:
    • Fig. 1 einen Abgaswärmeübertrager gemäß der vorliegenden Erfindung;
  • Fig. 1 zeit einen als Abgaswärmeübertraser 1 ausgebildeten Wärmeübertrager, wie er beispielsweise in der Abgasrückführung für Kraftfahrzeuge verwendbar ist. Das Abgas 2 strömt in dieser Ausführungsform durch einen Einlass 11 in den Wärmeübertrager und verlässt diesen durch einen Auslass 12. Die Kühlung des Abgases erfolgt dabei durch ein Fluid 3, bevorzugt ein Kühmittel, weiches einem nicht dargestellten Kühlkreislauf der Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeuges entnehmbar ist. Das Kühlmittel strömt durch einen Einlass 13 in den Wärmeübertrager ein, tauscht mit dem Abgas Wärme aus und verlässt den Wärmeübertertrager durch einen Auslass 14,
  • Der Abgaswärmeübertrager 1 weist einen Gehäusemantel 16 auf und ist in seinem Inneren in einen ersten Teilwärmeübertrager 4 und einen zweiten Teilwärmeübertrager 5 unterteilt. Nicht dargestellt sind in dieser Ausführungsform Kanäle, in der Gestalt von Abgasrohren. Diese Abgasrohre, das heißt, von Abgas durchströmbare Rohre, sind derart angeordnet, dass zwischen ihnen Spalte verbeiben, welche von dem Kühlmittel 3 durchströmt werden können,
  • Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Abgasrohre lediglich im ersten Teilwärmeübertrager 4 angeordnet sind. Im zweiten Teilwärmeübertrager 5 befindet sich ein Sorptionsmittel 6, das dazu ausgebildet ist, das Abgas, das in den zweiten Teilwärmeübertrager 5 strömt (zweiter Teilstrom 9) zu entfeuchten. Hierzu ist das Sorptionsmittel, beispielsweise Zeolith, an der Innenwand des zweiten Teilwärmeübertragers angeordnet.
  • Abströmseitig des Einlasses 11 des Abgaswärmeübertragers 1 ist eine Klappe 7 angeordnet, die den Abgasstrom 2 in den ersten (erster Teilstrom 8) und zweiten (zweiter Teilstrom 9) Teilwärmeübertrager regelt.
  • Die Erfindung funktioniert nun wie folgt:
    1. a) Beladung des Sorptionsmittels (Klappe 7 verschließt den Einlass des ersten Teilwärmeübertragers 4): In dieser Stellung der Klappe 7 strömt das Abgas ausschließlich in den zweiten Wärmeübertrager 5, wo es seine Feuchtigkeit an das Sorptionsmittel abgibt und dabei gleichzeitig erwärmt wird.
    2. b) Entladung (Klappe 7 ist in einer Zwischenstellung, so dass das Abgas sowohl in den ersten als auch in den zweien Teilwärmeübertrager strömen kann): In dieser Stellung der Klappe 7 kann das Abgas sowohl in den ersten 4 als auch in den zweiten 5 Wärmeübertrager strömen. Der Teil des Abgasstromes, der in den zweiten Wärmeübertrager 5 strömt treibt in diesem die Feuchtigkeit aus dem Sorptionsmittel aus, Gleichzeitig wird ein Ventil 15 geöffnet, so dass der mit Feuchtigkeit beladene Teilstrom durch den Abfluss 10 an die Umgebung abgegeben werden kann.
    3. c) Normalbetrieb (Klappe 7 verschließt den Einlass des zweiten Teilwärmeübertragers 5): In dieser Stellung der Klappe 7 strömt das
  • Abgas ausschließlich in den ersten Wärmeübertrager 4, wo es seine Wärme an ein Fluid 3, beispielsweise ein Kühlmittel, abgeben kann und somit gekühlt wird. Der Abgasstrom wird so lange in den ersten Teilwärmeübertrager 4 geleitet, bis der Feuchtigkeitsgehalt unterhalb eines festgesetzten Grenzwertes bleibt. Sobald dieser Grenzwert überschritten wird, wird der Abgasstrom in den zweiten Teilwärmeübertrager 5 umgeleitet.
  • Insgesamt wird durch die Erfindung somit ein kostengünstiger und kompakter Wärmeübertrager zur Verfügung gestellt, der den Abgasstrom von aggressivem und säurehaltigem Kondensat befreit.

Claims (10)

  1. Wärmeübertrager, insbesondere Abgaswärmeübertrager (1) für ein Kraftfahrzeug mit von Abgas (2) und von einem Fluid (3) kühlbaren Kanälen, wobei der Wärmeübertrager einen ersten Teilwärmeübertrager (4) und zumindest einen zweiten Teilwärmeübertrager (5) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Teilwärmeübertrager Mittel (6) aufweist, die ausgebildet sind, um das Abgas zu entfeuchten.
  2. Wärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Teilwärmeübertrager (5) unterhalb des ersten Teilwärmeübertragers (4) angeordnet ist,
  3. Wärmeüberträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und zweite Teilwärmeübertrager (4, 5) konzentrisch angeordnet sind, wobei insbesondere der zweite Teilwärmeübertrager (5) außerhalb des ersten Tellwärmeübertragers (4) angeordnet ist.
  4. Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nur der erste Teilwärmeübertrager (4) mit von Abgas (2) durchströmbaren und von einem Fluid (3) kühlbaren Kanäle aufweist.
  5. Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (6) zum Entfeuchten des Abgases zumindest teilweise Sorptionsmittel, insbesondere Zeolith, umfassen.
  6. Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Teilwärmeübertrager (5) elektrisch beheizbar ist.
  7. Wärmeübertrager nach einen; der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeübertrager ferner eine Klappe (7) aufweist, so dass der Abgasstrom in einen ersten Teilstrom (8) in den ersten Teilwärmeübertrager und einen zweiten Teilstrom (9) in den zweiten Teilwärmeübertrager aufteilbar ist.
  8. Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Teilwarmeübertrager einen Abfluss (10) zum Abscheiden des Kondensats aus dem Abgas aufweist
  9. Abgasanlage eines Kraftfahrzeuges mit einem Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
  10. Verfahren zum Betreiben einer Abgasanlage eines Kraftfahrzeuges mit folgenden Merkmalen:
    - Absperren des ersten Teilwärmeübertragers (4) mittels der Klappe (7), so dass das Abgas ausschließlich in den zweiten Teilwärmeübertrager (5) strömt und entfeuchtet wird.
    - Teilweises öffnen der Klappe (7), so dass das Abgas in den ersten (4) und zweiten Teilwärmeübertrager (5) strömt und im zweiten Teilwärmeübertrager die Feuchtigkeit durch das Abgas ausgetrieben wird.
    - Abführen der Feuchtigkeit aus dem zweiten Teilwärmeübertrager über den Abfluss (10).
    - Absperren des zweiten Teilwärmeübertragers mittels der Klappe (7), so dass das Abgas ausschließlich in den ersten Teilwärmeübertrager (4) strömt.
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