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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Abgaswärmeaustauscher, der Wärme zwischen
einem Abgas aus einer flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschine
und einem flüssigen
Kühlmittel
austauscht.
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Ein
Abgaswärmeaustauscher
zur Durchführung
des Wärmeaustausches
zwischen einem Abgas, erzeugt durch eine flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine,
sowie flüssigem
zum Kühlen
der Maschine verwendeten Kühlmittel
ist beispielsweise offenbart in der Japanischen Patentveröffentlichung
Nr. 2000-97578. 16 ist
ein schematischer Vertikalschnitt und zeigt eine Montagekonfiguration
des Abgaswärmeaustauschers,
dargestellt in der oben genannten Japanischen Patentveröffentlichung.
Ein Wärmeaustauscherkern 140 verfügt über eine
Vielzahl gewalzter laminierter bzw. geschichteter Rohre 130,
welche Abgasdurchgänge 132 bilden,
durch welche das Abgas strömt.
Ein erstes Sammler- bzw. Tankelement 155 mit einer ersten
Einführungsöffnung 157 und
ein zweites Sammler- oder Tankelement 156 mit einer Vielzahl
zweiter Einführungsöffnungen 158 werden
sequentiell gegen Endteile der laminierten Rohre 130 zusammengebaut.
Solch eine zusammengebaute Einheit wird gelötet, um einen Wärmeaustauscherkörper 170 mit
Sammler- oder Speicherteilen 152 fertig zu stellen, die
an beiden Seiten der laminierten oder geschichteten Rohre 130 ausgebildet
sind.
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Obwohl
ein linker Sammlerteil (Speicherteil) in den 16 und 17 fortgelassen
wurde, benutzt der linke Speicherteil symmetrisch die gleiche Konfiguration
wie der rechte Speicherteil. 17 ist
ein Teilschnitt und erläutert
einen Strömungsweg
im Abgaswärmeaustauscher
in 16. Abgase, die in
das zweite Sammlerelement 156 strömen, werden auf eine Vielzahl
von Abgasdurchgängen 132 verteilt
und strömen
auf die in der Zeichnung linke Seite. Kühlflüssigkeit, die in die Sammlerteile 152 durch
ein Einlassrohr 151 strömt,
wird verteilt und an Kühlmitteldurchgänge 131 geliefert,
die zwischen den Rohren 130 durch Vorsprünge 133 gebildet
sind, die an beiden Rändern
der Rohre 130 vorgesehen sind. Das Kühlmittel strömt gegen
die in der Zeichnung linke Seite, so dass der Wärmeaustausch durchgeführt wird,
während
die Abgase parallel hierzu strömen.
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Der
oben genannten übliche
Stand der Technik hat jedoch das Problem, dass die Wirksamkeit des
Wärmeaustausches
nicht leicht aufgrund einer Parallelströmung gesteigert werden kann,
bei der innerhalb der Rohre 130 strömendes Abgas und außerhalb
der Rohre 130 strömendes
Kühlmittel
(zwischen den Rohren 130) in die gleiche Richtung strömen. Ein
anderer Nachteil besteht darin, dass der Wärmeaustauscher in seiner Größe länger baut,
da zwei Sammlerteile 152 an beiden Enden der Rohre 130 notwendig
sind, um das Kühlmittel
auf die Mehrfachrohre zu verteilen und aus diesen zu sammeln.
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Eine
Richtung der Montage der Sammlerelemente 155 und 156 an
den beiden Enden der Rohre 130 liegt unter rechtem Winkel
zur Laminier- oder Schichtungsrichtung der Rohre 130. Das
Problem der Kostensteigerung ist aufgrund dieser schwierigen Montage
somit unvermeidbar. Es ist daher notwendig, eine Entfernung zwischen
den laminierten oder geschichteten Rohren 130 sowie eine
Entfernung zwischen den vielfachen zweiten Einführungslöchern 158 zu regeln,
die am zweiten Speicherelement 156 gebildet werden müssen, und
zwar in optimaler Weise, um nicht Fehler während des Lötens hervorzurufen, die in
einem Löt(schweiß)verfahren
anschließend
an die Montage auftreten können,
und zwar an gelöteten
Teilen zwischen den Rohren 130 und an gelöteten Teilen
zwischen den Rohren 130 und den zweiten Einführungsöffnungen 158.
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Zur
Behebung der oben genannten Probleme des Standes der Technik liegt
der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Abgaswärmeaustauscher
zu schaffen. Ein anderes Ziel der Erfindung besteht darin, den Wärmeaustauschwirkungsgrad
zu erhöhen.
Gemäß einem
weiteren Ziel soll ein in den Abmessungen kompakter Wärmeaustauscher
geschaffen werden und dessen Herstellungskosten sollen reduziert
werden, indem bei der Produktauslegung eine leicht zusammenzubauende Konfiguration
geschaffen wird.
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Gemäß einem
Merkmal der vorliegenden Erfindung umfasst ein Abgaswärmeaustauscher
(100) für
eine flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine (10),
bei dem der Wärmeaustausch
zwischen Abgas und flüssigem
Kühlmittel
durchgeführt
wird: einen Wärmeaustauscherkern
(140) mit einer Vielzahl flacher Rohre (130),
die in Richtung der Dicke geschichtet bzw. laminiert sind, wobei
jedes flache Rohr (130) einen Abgasdurchlass oder -kanal
(132), in welchem das Abgas strömt, definiert; und eine Vielzahl
von Kühlmitteldurchgangslöchern (131a),
die in jedem der Flachrohre (130) ausgebildet sind, wobei
jedes der Kühlmittelströmungsdurchgangslöcher (131a)
in dieses flache Rohr (130) in Richtung der Dicke eindringt.
Die Kühlmittelströmungsdurchgangslöcher (131a)
jedes flachen Rohres (130) sind mit den Kühlmittelströmungsdurchgangslöchern (131a)
der anderen flachen Rohre (130) verbunden, um jeweils eine Vielzahl
von Kühlmittelströmungsdurchlässen (131), durch
welche flüssiges
Kühlmittel
strömt,
zu bilden, und die Kühlmittelströmungsdurchgangslöcher (131a)
jedes der Kühlmittelströmungsdurchlässe (131)
stehen in Verbindung miteinander in Schicht- oder Laminierungsrichtung,
so dass die Kühlmittelströmungsdurchlässe bzw.
Kühlmittelströmungskanäle (131)
senkrecht zu den Abgasdurchlässen
oder Abgaskanälen
(132) ausgebildet sind.
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Gemäß dem oben
genannten Merkmal wird es möglich,
den Wärmeaustauschwirkungsgrad
zu verbessern, indem für
die Abgasströmung
senkrecht zur Kühlmittelströmung gesorgt
wird.
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Gemäß einem
anderen Merkmal der vorliegenden Erfindung ist jedes der flachen
Rohre (130) durch ein Paar erster und zweiter Rohrplatten
(110, 120) gebildet, eine Vielzahl von Löchern (111)
ist in der ersten Rohrplatte (110), und eine Vielzahl konvexer
Teile (121) ist in der zweiten Rohrplatte (120)
ausgebildet, wobei jedes der konvexen Teile (121) über eine Öffnung an
seiner Oberseite verfügt.
Das Loch (111) der ersten Rohrplatte (110) und
die Öffnung
der zweiten Rohrplatte (120) stehen miteinander in Verbindung,
wenn die ersten und zweiten Rohrplatten (110, 120)
geschichtet werden, um das Kühlmitteldurchgangsloch
(131a) zu bilden.
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Gemäß dem oben
genannten Merkmal wird es leicht, die Kühlmittelströmungsdurchgangslöcher (131a),
die jede der leeren Innenseiten der Flachrohre (130) in
Dickenrichtung durchdringen, zu bilden. Die Lötarbeit kann verbessert werden,
indem die Löcher
(111) der ersten Rohrplatte (110) mit Gratteilen zur
Blechverbindung bzw. Entgratungsteilen zu versehen und Löcher (111)
zu vergrößern, nachdem
die Gratteile (111) in den Öffnungen (121) eingeführt sind,
die auf der Kopffläche
der konvexen Teile der zweiten Rohrplatte (120) ausgebildet
sind.
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Gemäß einem
weiteren Merkmal der Erfindung sind die Kühlmittelströmungskanäle (131) in Zickzackausbildung
bezogen auf die Abgaskanäle oder
-durchlässe
(132) angeordnet. Es wird mit diesem Merkmal möglich, den
Wirkungsgrad des Wärmeaustausches
zwischen dem durch die Abgaskanäle
(132) strömenden
Abgas und dem durch die Kühlmittelströmungskanäle (131)
strömenden
Kühlmittel
zu verbessern.
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Nach
einem noch weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung ist die Vielzahl
flacher Rohre (130) in einer Richtung geschichtet bzw.
laminiert, um die Vielzahl von Abgasdurchgängen (132) und Kühlmittelströmungsdurchlässen (131)
zu bilden.
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Gemäß diesem
Merkmal der Erfindung hat der Wärmeaustauscherkern
(140) einen Aufbau für die
einfache Montage der nacheinander folgenden Einwegschichtung oder
Laminierung, so dass Montagekosten reduziert werden können. Weiterhin
ist es leicht, beim Lötverfahren
auftretende Fehler nachzuarbeiten, die auf den Oberflächen des
Wärmeaustauscherkerns
hervorgerufen sein könnten.
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Gemäß einem
noch weiteren Merkmal der Erfindung ist eine Sammlerplatte (150)
auf das obere Ende des Wärmeaustauscherkerns
(140) in Laminier- oder Schichtrichtung gesehen, geschichtet
bzw. laminiert, um einen einlassseitigen Sammlertank (152)
zu bilden, der das flüssige
Kühlmittel
auf eine erste Gruppe dieser Vielzahl von Kühlmittelkanälen oder -durchlässen (131)
verteilt, und einen auslassseitigen Sammlerteil (153) zum
Sammeln des flüssigen
Kühlmittels
aus einer zweiten Gruppe dieser Vielzahl von Kühlmittelkanälen (131) zu bilden.
Eine andere Sammlerplatte (160) wird gegen ein Bodenende
des Wärmeaustauscherkerns
(140) in Laminierungs- oder Schichtrichtung laminiert bzw.
geschichtet, um einen Sammlerteil (161) zu bilden, der
flüssiges
Kühlmittel
aus der ersten Gruppe der Kühlmittelströmungskanäle (131)
sammelt und das gesammelte Kühlmittel
in und auf die zweite Gruppe von Kühlmittelströmungskanälen (131) verteilt.
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Gemäß diesem
Merkmal der Erfindung hat der Wärmeaustauscher
(100) ebenfalls eine Form, die sich leicht in aufeinander
folgender Einwegschichtung oder Laminierung zusammenbauen lässt, um
die montierte Einheit für
den Wärmeaustauscher zu
vervollständigen,
wodurch wiederum Montagekosten reduziert werden können. Auch
ist es leicht, die beim Löten
auftretenden Fehler zu beheben, die auf den Oberflächen der
Sammlerteile hervorgerufen sein können.
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Gemäß einem
noch weiteren Merkmal der Erfindung bestehen die Rohrplatten (110, 120)
für die Flachrohre
(130) sowie die Sammlerplatten (150, 160)
aus Metallblechen, die mit Lötmaterial
auf der einen Fläche
oder beiden Seiten verkleidet bzw. plattiert sind.
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Gemäß diesem
Merkmal der Erfindung lassen sich die Montagekosten darum reduzieren,
weil das Verfahren des Lötens
mit Füllstoffüberzug/Lot
eliminiert und so der Ausbeutungsgrad beim Lötmaterial verbessert wird.
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Gemäß einem
weiteren Merkmal der Erfindung werden beide Enden der im Wärmeaustauscherkern
(140) ausgebildeten Abgaskanäle (132) in die jeweiligen
Kernträgeröffnungen
(181) des Paares von Flanschen (180) eingeführt, so
dass äußere Umfangsteile
der beiden Enden gegen die Flansche (180) verlötet werden.
Gleitebenenteile (162) sind an den Längsenden einer der Sammlerplatten
(150, 160) weiterhin vorgesehen, so dass die Gleitebenenteile
(162) den Innenflächen
(182) der Flansche (180) gegenüberstehen und diese kontaktieren,
und die Gleitebenenteile (162) in Schicht- oder Laminierungsrichtung
beweglich sind, bevor die Sammlerplatten (150), (160)
gegen den Wärmeaustauscherkern
(140) verlötet
bzw. verschweißt
werden.
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Gemäß diesem
Merkmal kann ein Herauslecken von Abgas verhindert werden, indem
mit den Gleitebenenteilen (162) ein Spalt abgedeckt werden kann,
der sich zwischen dem Wärmeaustauscherkern
(140) und den Kernträgeröffnungen
(181) als Ergebnis einer Schrumpfung des Wärmeaustauscherkerns
(140) auftun könnte.
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Gemäß noch einem
weiteren Merkmal der Erfindung umfasst ein Abgaswärmeaustauscher,
der in einem Abgasrohr (11) einer mit Flüssigkeit
gekühlten
Brennkraftmaschine (10) vorgesehen ist, wobei der Wärmeaustausch
zwischen Abgas und flüssigem Kühlmittel
erfolgt, eine erste Rohrplatte (110) mit einer Gruppe von
Verbindungslöchern
(111); eine zweite Rohrplatte (120) mit einer
zweiten Gruppe von Verbindungslöchern 121,
wobei die ersten und zweiten Rohrplatten (110, 120)
abwechselnd zur Bildung von Abgaskanälen (132) zwischen
den ersten und zweiten Rohrplatten (110, 120)
beschichtet bzw. laminiert sind. Die ersten und zweiten Gruppen
von Verbindungslöchern
(111, 121) stehen in Verbindung miteinander, um
Kühlmittelströmungskanäle oder
Kühlmittelströmungsdurchlässe (131)
in einer Richtung zu bilden, in welcher die ersten und zweiten Rohrplatten
(110, 120) geschichtet bzw. laminiert sind, wobei die
Kühlmittelströmungskanäle (131)
von den Abgasdurchläs sen
bzw. den Abgaskanälen
(132) getrennt sind. Ein Wärmeaustauscherkern (140)
ist durch die ersten und zweiten Rohrplatten (110, 120)
gebildet und die Abgaskanäle
(132) an den beiden seiner Längsenden sind offen. Und der
Wärmeaustauscherkern
(140) ist mit einem Paar von Flanschen (180) mit Kernträgeröffnungen
(181) versehen, in welche beide Längsenden des Wärmeaustauscherkerns
(140) eingeführt
sind, und äußere Umfangsteile
der beiden Enden sind gegen die Flansche (180) verlötet.
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Gemäß dem oben
genannten Merkmal werden nur die Abgasdurchlässe oder Abgaskanäle (132)
an deren Längsenden
in Richtung der Abgasströmung
geöffnet
und daher reicht es aus, durch Löten
nur die Umfangsteile des Wärmeaustauscherkerns
(140) mit den Flanschen (180) zu verlöten. Hierdurch
wird es möglich,
die Bereiche zu reduzieren, die zwischen den Flanschen (180)
und dem Wärmeaustauscherkern
(140) verbunden werden sollten, und dies im Vergleich mit
dem üblichen
Abgaswärmeaustauscher.
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Weiterhin
ist es nicht notwendig, jeweils die ersten und zweiten Platten (110, 120)
in die Flansche (180) einzuführen, es genügt vielmehr,
einfach den Wärmeaustauscherkern
(140) als eine einzige Einheit in die Flansche (180)
einzubringen.
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Diese
und weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung
werden deutlicher anhand der folgenden detaillierten Beschreibung,
in der auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen wird. In
den Zeichnungen zeigen:
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1 eine
schematisierte Darstellung des systematischen Aufbaus einer Wärmeaustauschervorrichtung
für eine
flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine
gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung;
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2 eine
Schrägansicht,
teilweise geschnitten, eines Abgaswärmeaustauschers gemäß der ersten
Ausführungsform
der Erfindung;
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3 einen
Vertikalschnitt durch den Abgaswärmeaustauscher
der 2;
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die 4A und 4B Schrägdarstellungen
eines Rohres 130 vor und nach der Montage gemäß der ersten
Ausführungsform;
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4C einen
vergrößerten Schnitt
längs der Linie
IVC-IVC in 4B;
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5A eine
Schrägansicht
eines Wärmeaustauscherkerns 140 gemäß der ersten
Ausführungsform;
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5B einen
vergrößerten Schnitt
längs der Linie
VB-VB in 5A;
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die 6A und 6B Schrägansichten
eines Wärmeaustauscherkörpers 170 vor
und nach der Montage gemäß der ersten
Ausführungsform;
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die 7A und 7B Schrägansichten
eines Abgaswärmeaustauschers 100 vor
und nach der Montage gemäß der ersten
Ausführungsform;
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8A eine
Schrägansicht
des Rohres 130 gemäß einer
Modifikation der ersten Ausführungsform;
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8B einen
Querschnitt längs
der Linie VIIIB-VIIIB in 8A;
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9 eine
Schrägansicht
eines Rohres 130 gemäß einer
anderen Modifikation der ersten Ausführungsform;
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10 eine Draufsicht auf ein Rohr 130 gemäß einer
weiteren Modifikation der ersten Ausführungsform;
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10B einen Querschnitt der Linie XB-XB in 10A;
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11A eine Draufsicht auf einen Abgaswärmeaustauscher 100 gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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11B eine Seitenansicht des Abgaswärmeaustauschers 100 gemäß der zweiten
Ausführungsform;
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11C einen Querschnitt längs der Linie XIC-XIC in 11B;
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11D einen Querschnitt längs der Linie XID-XID in 11A;
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12 einen
Querschnitt durch einen Abgaswärmeaustauscher 100 gemäß einer
dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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13A einen Querschnitt des linken Teils des Abgaswärmeaustauschers 100 gemäß der dritten
Ausführungsform;
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13B eine vergrößerte Darstellung
eines Teils G der 13A;
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die 14A und 14B Schrägansichten eines
Abgaswärmeaustauschers 100 vor
und nach der Montage, gemäß einer
zweiten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung;
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die 15A und 15B Querschnitte durch
einen Abgaswärmeaustauscher
ohne Gleitplattenteil vor und nach dem Löten;
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die 15C und 15D Querschnitte durch
einen Abgaswärmeaustauscher 100 mit
einem Gleitplattenteil vor und nach dem Löten gemäß der zweiten Ausführungsform;
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16 einen
Vertikalschnitt, der eine Montagekonfiguration eines konventionellen
Abgaswärmeaustauschers
erkennen lässt;
und
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17 einen
Teilschnitt zur Erläuterung
der Strömungswegkonfiguration
des Abgaswärmeaustauschers
der 16.
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(Erste Ausführungsform)
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Ausführungsformen
der Erfindung werden im Folgenden mit Bezug auf die beiliegenden
Zeichnungen offenbart. 1 ist eine schematische Darstellung
und zeigt den Systemaufbau einer wärmeaustauschenden Vorrichtung
für eine
flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine.
Eine wassergekühlte
Benzinbrennkraftmaschine 10, die für ein Kraftfahrzeug Anwendung
findet (im Folgenden als „Maschine" bezeichnet) als
eine der flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschinen,
ist mit einem Radiator 20 vermittels einer Einlassführung 21 und
einer Rückführung 22 verbunden,
wobei der Radiator den Wärmeaustausch
zwischen Kühlmittel
(Motorkühlwasser)
zum Kühlen
der Maschine 10 sowie der umgebenden Luft durchführt.
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Insbesondere
ist eine Seite (die Anströmseite)
des Einführungsdurchgangs 21 mit
einem Zylinderkopf der Maschine 10 verbunden und die andere Seite
(die Abströmseite)
mit einer Einlassöffnung
des Radiators 20. Eine Seite (die Anströmseite) des Rückweges 22 ist
mit einer Auslassöffnung
des Radiators 20 verbunden, und die andere Seite (auf deren Abströmseite)
ist mit einem Zylinderblock der Maschine 10 verbunden.
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Das
Kühlmittel,
das in der Temperatur als Ergebnis der Kühlung der Maschine 10 zunimmt,
strömt in
den Radiator 20 über
den Einlasskanal 21 und wird in Kühlmittel relativ niedriger
Temperatur durch den Wärmeaustausch
verwandelt. Das Niedrigtemperatur-Kühlmittel wird durch eine Wasserpumpe
in die Maschine 10 über
den Rückweg 22 geschickt
und strömt
dann vom Zylinderblock zum Zylinderkopf innen durch einen Wassermantel
(nicht dargestellt), der dort zum Kühlen der Maschine 10 eingebaut
ist.
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Die
Wasserpumpe 30, bei der es sich um eine mechanische Pumpe
handelt, um das Kühlmittel zwischen
dem Motor 10 und dem Radiator 20 in Bewegung zu
setzen, ist in der Mitte des Rückweges 22 vorgesehen
und durch einen mit der Maschine 10 verbundenen Treibriemen
angetrieben. Das durch die Wasserpumpe 30 dem Zylinderblock
gelieferte Wasser, nachdem es durch die Innenseite des Zylinders
strömt,
fließt
in die Seite des Zylinderkopfs durch Löcher einer nicht dargestellten
hierin angeordneten Dichtung.
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Ein
Ende eines Beipasses 23 ist mit dem Rückweg 22 an der Anströmseite der
Wasserpumpe 30 verbunden, und das andere Ende des Beipasses ist
mit dem Einlassweg 21 verbunden, so dass das im Einlassweg 21 strömende Kühlmittel
umgeleitet werden kann, ohne zum Radiator 20 zu gehen.
In an sich bekannter Weise ist ein Thermostat 40 vom Wachstyp
an einer Verbindungsstelle vorgesehen, wo Beipass 23 und
Rückweg 22 verbunden
sind, um so die Kühlmitteltemperatur
zu regeln.
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Der
Thermostat 40 regelt das Öffnen und Schließen eines
Ventils durch Expansion oder durch Schrumpfen von Wachs, das in
einem Ventilteil des Thermostats 40 eingefüllt ist,
wobei solch eine Expansion oder Schrumpfung durch die Veränderung der
Kühlmitteltemperatur
hervorgerufen ist. Der Beipass 23 wird geöffnet, wenn
die Temperatur des in den Beipass 23 strömenden Kühlmittels
durch den Einlassweg 21 geringer als der vorbeschriebene Wert
ist und wird geschlossen, wenn die Temperatur höher als der vorgeschriebene
Wert wird, so dass die Gesamtmenge des Kühlmittels im Einlassweg oder Einlasskanal 21 in
den Radiator 20 strömen
kann.
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Ein
(nicht dargestelltes) Radiatorgebläse, das die Luft abzieht, ist
an der Rückseite
des Radiators 20 installiert, d.h. auf der Abströmseite der
Luftströmung.
Das Radiatorgebläse
wird durch einen Elektromotor angetrieben, der durch eine Motorregeleinheit
(nicht dargestellt) geregelt wird.
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Die
Arbeitsweise nach der obigen Ausführungsform sei nachstehend
erläutert.
Bei Start des Motors 10 wird die Wasserpumpe 30 durch
die Antriebskraft des Motors in Drehung versetzt. Das Kühlmittel
wird dann in den Motor 10 durch die Umdrehungen der Wasserpumpe
gesaugt und eingeführt. Das
Kühlmittel,
das als Ergebnis der Kühlung
des Motors 10 während
seiner Zirkulation innerhalb des Motors 10 erwärmt wurde,
strömt
in den Radiator 20 über
den Einlassweg 21. Im Radiator 20 wird der Wärmeaustausch
zwischen dem Hochtemperaturkühlmittel
und Außenluft
ausgeführt,
so dass Kühlmittel
von relativ niedriger Temperatur erhalten werden kann.
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Das
Kühlmittel
von niedriger Temperatur wird in die Wasserpumpe 30 über den
Rückweg 22 gesaugt.
Wenn die Kühlmitteltemperatur
unter den vorgeschriebenen Wert, beispielsweise 80 Grad Celsius,
zum Beispiel kurz nachdem der Motor 10 gestartet worden
ist, fällt,
wird der Thermostat 40 geregelt, um den Beipass 23 zu öffnen und
somit das Kühlmittel
durch den Einlasskanal 21 in den Beipass 23 zu führen, und
so den Radiator 20 im Beipass zu umgehen.
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Der
Thermostat 40 beginnt den Beipass 23 zu schließen, wenn
die Kühlmitteltemperatur
etwa 80 Grad C überschreitet
und schließt
den Beipassweg 23 um 90 Grad C. Im Falle jedoch, dass ein
elektrisch betätigtes
Ventil oder dergleichen anstelle des Thermostaten 40 verwendet
wird, kann der vorgeschriebene Wert flexibel entsprechend den Fahrbedingungen,
wie beispielsweise der Außenlufttemperatur,
geändert
werden.
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Ein
Kühlmittelströmungsweg 51,
der sich von den Strömungswegen
an der Seite des Radiators 20 unterscheidet, ist mit dem
Zylinderkopf der Maschine 10 verbunden. Ein Abgaswärmeaustauscher 100 der vorliegenden
Erfindung (unten beschrieben) wird an der Anströmseite des Kühlmittelströmungsweges 51 installiert,
und ein Heizerkern 50 ist an dessen Abströmseite angebracht.
Das Abströmende
des Kühlmittelströmungsweges 51 ist
mit der Rückleitung 22 an
einer Verbindungsstelle zwischen dem Thermostaten 40 und
der Wasserpumpe 30 angeschlossen, so dass das Kühlmittel
durch Betätigung
der Wasserpumpe 30 zum Abgaswärmeaustauscher 100 und auch
zum Heizerkern 50 in Bewegung gesetzt werden kann.
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Der
Heizerkern 50 ist ein Wärmeaustauscher zur
Erwärmung
einer Fahrgastzelle durch Wärmeaustausch
zwischen erwärmtem
Kühlmittel
und zu klimatisierender Luft. Der Abgaswärmeaustauscher 100,
der innerhalb des Auspuffs/Schalldämpfers (einem Abgasrohr) 11 angeordnet
ist, ist eine Vorrichtung, die den Erwärmungsvorgang für das Kühlmittel bei
Kaltstart der Maschine durch Verwendung der Abgaswärme erleichtert,
wodurch die Heizleistung gesteigert und der Brennstoffverbrauch
verbessert wird. Insbesondere wird das aus der Maschine 10 beim Starten
strömende
Kühlmittel
wärmer,
indem Wärme mit
dem Abgas ausgetauscht wird, das durch den Abgaswärmeaustauscher 100 geht,
und das erwärmte Kühlmittel
wird zur Maschine 10 zurückgeführt, von der Wasserpumpe 30 angesaugt,
nachdem es den Heizerkern 50 innen durchströmt hat.
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Der
Aufbau des Abgaswärmeaustauschers 100 soll
nun in Verbindung mit dessen Herstellungsverfahren anhand der 2 bis 7 beschrieben werden. 2 ist
eine Schrägansicht
eines Teilschnitts des Abgaswärmeaustauschers 100 gemäß der ersten
Ausführungsform
der Erfindung. 3 ist ein Vertikalschnitt durch
den Abgaswärmeaustauscher 100 der 2. 4A ist
eine Schrägansicht
eines Rohres 130 vor der Montage gemäß der Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung. 4B ist eine Schrägansicht
des Rohres nach der Montage. 4C ist
eine vergrößerte Schnittdarstellung
eines verstemmten Teils längs
der Linie IVC-IVC der 4B.
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Der
Abgaswärmeaustauscher 100 ist
mit einem Wärmeaustauscherkern 140 mit
einer Vielzahl von Flachrohren 130 versehen, die in Richtung
der Dicke geschichtet bzw. laminiert sind, um Abgaskanäle 132 zu
bilden, durch welche Abgas strömt.
Jedes der geschichteten Flachrohre 130 verfügt über eine
Vielzahl von Kühlungsmitteldurchgangslöchern 131a,
welche die Rohre 130 in Schichtungsrichtung durchdringen.
Die jeweiligen Kühlungsmitteldurchgangslöcher 131a sind
mit denen der anderen laminierten oder geschichteten Rohre verbunden,
so dass die Kühlmitteldurchgangslöcher in
Schichtungsrichtung in dem Wärmeaustauscherkern 140 in
Verbindung stehen. Eine Mehrzahl von Kühlmittelströmungsdurchlässen 131 werden hierdurch
geformt, in welchen das Kühlmittel
in einer Richtung senkrecht zu den Abgaskanälen oder -durchlässen 132 strömt.
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Jedes
der Flachrohre 130 umfasst ein Paar von (ersten und zweiten)
Rohrplatten 110 und 120. Die erste Rohrplatte 110 hat
Gratteile (Grat- oder Entgratungslöcher) 111, die eine
Seite der Kühlmitteldurchgangslöcher 131a bilden
und sind in Zickzackanordnung vorgesehen. Die zweite Rohrplatte 120 verfügt über konvexe
Vorsprünge 121,
die in ähnlicher
Weise in Zickzackanordnung entsprechend den Grat- oder Entgratungslöchern 111 ausgebildet sind.
Jeder der konvexen Vorsprünge 121 verfügt oben über eine Öffnung,
so dass die Gratteile 111 in die jeweiligen Öffnungen
eingeführt
werden können. Das
Paar von Rohrplatten 110 und 120 ist geläppt und
eng verstemmt, indem ein vorderes Ende des Gratteils 111 vergrößert wird,
wie in 4C gezeigt, um das Durchgangsloch 131a für die Kühlmittelströmung zu
bilden.
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5A zeigt
eine Schrägansicht
des Wärmeaustauscherkerns 140 gemäß der Ausführungsform
der Erfindung, und 5B ist ein Querschnitt der Verstemmungsteile
K längs
der Linie VB-VB in 5A. Der Wärmeaustauscherkern 140 besteht aus
einer Vielzahl von Flachrohren 130, die in Richtung der
Dicke geschichtet bzw. laminiert sind. Wie bereits erwähnt, stehen,
wenn die Flachrohre 130 geschichtet oder laminiert sind,
die Kühlmitteldurchgangslöcher 131a in
Verbindung miteinander in Schichtungsrichtung und bilden die Kühlmittelströmungsdurchlässe 131,
die senkrecht zu den Abgaskanälen 132 sind.
Die geschichteten oder laminierten Flachrohre 130 sind
bezüglich
einander vormontiert, wobei Verstemmungshaken 112 an den Öffnungsenden
der Abgasdurchlässe 132,
wie in 5B gezeigt, ausgebildet sind.
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Die 6A und 6B sind
Schrägansichten
eines Wärmeaustauscherkörpers 170 gemäß der ersten
Ausführungsform
der Erfindung, wobei 6A einen Zustand vor der Montage
der Sammlerplatten 150 und 160 und 6B den
Zustand nach deren Montage zeigt. Die Sammler- oder Tankplatten 150 und 160 werden
auf die oberen und unteren Enden des Wärmeaustauscherkerns 140 in
Schicht- oder Laminierungsrichtung zur Bildung der Sammlerteile 152, 153 und 161 geschichtet
bzw. laminiert. Insbesondere ist der Einströmsammler (einlassseitiger Sammlerteil) 152 ein
Sammlerteil zur Verteilung des Kühlmittels,
das von einem Einlassrohr 151 zu einer ersten Gruppe von
Kühlmittelströmungsdurchgängen 131 strömt (linker
Halbteil der Kühlmittelströmungskanäle).
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Der
Rücksammler 161 ist
ein Sammlerteil, um zusammen das Kühlmittel zu gewinnen, das durch
den Eingangssammler 152 verteilt wurde und durch die erste
Gruppe von Kühlmittelströmungskanälen 131 des
Wärmeaustauscherkerns 140 geströmt ist,
um das rückgewonnene
Kühlmittel
auf eine zweite Gruppe der Kühlmittelströmungskanäle (rechter
Halbteiler) zu fördern
und weiter das rückgewonnene
Kühlmittel
auf die zweite Gruppe der Kühlmittelströmungskanäle 131 zu
verteilen. Der Abströmsammler
(auslassseitiger Tankteil) 153 ist ein Sammlerteil, um
das Kühlmittel
zu sammeln, welches durch den Rückführsammler 161 verteilt
wurde und geht durch die zweite Gruppe der Kühlmittelströmungskanäle 131, um das rückgewonnene
Kühlmittel
gegen ein Auslassrohr 154 zu leiten.
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Die 7A und 7B sind
Schrägdarstellungen
des Abgaswärmeaustauschers 100 gemäß der ersten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, wobei 7A einen
Zustand vor der Montage der Flansche 180 und 7B den
Zustand nach deren Montage zeigt. In einer Endstufe ist der Wärmeaustauscherkörper 170 in
einen Lötofen
in einem Zustand der Vormontage eingebracht, bei der beide Enden
der Abgaskanäle 132 jeweils
in Kernträgeröffnungen 181 der
Flansche 180 eingeführt
sind. Die Vormontage oder Untergruppe wird in einem im Lötofen gelötet, um
den Abgaswärmeaustauscher 100 fertig
zu stellen, wobei gelötete
Kontakte jeweils zwischen den laminierten oder geschichteten Flachrohren 130,
zwischen den Flachrohren 130 und den Sammlerplatten 150, 160 und
weiter zwischen dem Außenumfang
des Wärmeaustauscherkörpers oder -gehäuses 170 und
den Flanschen 180 erzeugt werden.
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Der
Abgaswärmeaustauscher 100 umfasst die
Teile des oberen anti-korrosiven Materials (Metallbleche) wie rostfreien
Stahl oder dergleichen, wobei das Lötmaterial als Auskleidung auf
eine der Flächen
oder auf beide Flächen
der Rohrplatten 110, 120 aufgebracht bzw. plattiert
wird, welche die Flachrohre 130 sowie die Platten für die Sammlerplatten 150, 160 bilden.
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Die
Merkmale und Vorteile dieser Ausführungsform werden nachstehend
beschrieben. Zunächst
wird der Wärmeaustauscherkern 140 durch eine
Vielzahl flacher Rohre 130 gebildet, die in Richtung der
Dicke laminiert oder geschichtet werden, wobei die flachen Rohre
als die Abgasdurchlässe oder
-kanäle 132 verwendet
werden, in welchen die Abgase strömen. Jedes der geschichteten
Flachrohre 130 verfügt über eine
Vielzahl der Kühlmittelströmungsdurchgangslöcher 131a,
welche durch die Flachrohre in Schicht- oder Laminierungsrichtung eindringen.
Die Kühlmittelströmungsdurchgangslöcher 131a sind
miteinander in Schicht- und Laminierungsrichtung durch eine Laminierungsstruktur
des Wärmeaustauscherkerns 140 verbunden
und bilden eine Vielzahl von Kühlmittelströmungskanälen 132, in
welchen das Kühlmittel
strömt.
Die Kühlmittelströmungskanäle 131 sind
so angeordnet, dass sie senkrecht zu den Abgaskanälen 132 verlaufen.
Mit diesem Merkmal wird es möglich,
den Wärmeaustauscherwirkungsgrad
durch Kreuzung der Abgasströmung
und der Kühlmittelströmung unter
rechten Winkeln zu verbessern.
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Das
Flachrohr 130 wird hergestellt durch Löten zweier Rohrplatten 110 und 120,
wobei die Kühlmittelströmungsdurchgangslöcher 131a hergestellt werden
durch Verlöten
der Öffnungen
der konvexen Vorsprünge 121,
die auf der Rohrplatte 120 ausgebildet sind, mit den Gratteilen 111 auf
der anderen Rohrplatte 110, um die kontinuierliche Kühlmittelströmung hierzwischen
zu erreichen. Mit dieser Konstruktion ist es leicht, die Kühlmittelströmungsdurchgangslöcher 131 zu
bilden, die durch die Flachrohre 130 der leeren hohlen
Gestalt in Dickenrichtung gehen bzw. passieren können. Weiterhin kann die Lötverarbeitung
verbessert werden, indem die Umfangsteile der Gratlöcher 111 der
Rohrplatte 110 vergrößert werden,
nachdem die Gratteile in die Öffnungen
der konvexen Vorsprünge 121 eingeführt und
hiergegen verstemmt wurden.
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Die
Kühlmittelströmungskanäle 131 sind
in zickzackartiger Auslegung gegen die Abgaskanäle 132 angeordnet
und verbessern so die Wärmeaustauschleistung,
die zwischen der Abgasströmung durch
die Abgaskanäle 132 und
dem Kühlmittelstrom durch
die Kühlmittelströmungskanäle 131 ausgeführt wird.
Außerdem
ist der Wärmeaustauschkern 140 durch
eine Vielzahl der Flachrohre 130 gebildet, die in einer Richtung
laminiert bzw. geschichtet sind, um eine Vielzahl von Abgaskanälen 132 sowie
eine Vielzahl von Kühlmittelströmungskanälen 131 hierin
zu bilden. Mit dieser Konstruktion kann der Wärmeaustauscherkern 140 in
einfacher Weise durch Einweglaminierung zur Reduzierung der Montagekosten
zusammengesetzt werden und kann auch leicht nachbearbeitet werden,
selbst wenn während
des Lötverfahrens
ungünstig
gearbeitet wird, was sich auf den Oberflächen des Wärmeaustauscherkerns 140 bemerkbar
macht.
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Die
Sammlerteile 152, 153 und 161 zur Verteilung
des Kühlmittels
in die Kühlmittelströmungsmehrfachkanäle 131 und/oder
zum Sammeln des Kühlmittels
aus diesen Kanälen 131 sind
geformt durch zusätzliche
Schichtung und Laminierung der Sammlerplatten 150, 160 auf
beide Seiten des Wärmeaustauscherkerns 140.
Aufgrund dieser Konstruktion ist eine Non-Stop-Montage bei der Einweglaminierung
bzw. Durchgehen der Montage anwendbar bis zum Montageprozess des
Wärmeaustauscherkörpers 170,
wodurch die Montagekosten reduziert werden. Auch kann ein Nachbearbeiten
ohne großen Aufwand
durchgeführt
werden, selbst wenn während des
Prozesses ein schlechtes Löten
auf den Oberflächen
solcher Sammlerteile stattfindet.
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Hinsichtlich
des Plattenmaterials für
die Rohrplatten 110, 120, welche die Flachrohre 130 und die
Sammlerplatten 150, 160 bilden, werden Metallbleche
verkleidet bzw. plattiert mit Lötmaterial
auf der einen Oberfläche
oder auf beiden Oberflächen
verwendet. Dieses Merkmal trägt
dazu bei, die Herstellungskosten zu reduzieren, weil im Ergebnis
die Arbeit der Entfernung des Lötfüllstoffüberzugs
wegfällt, wodurch
der Lötwirkungsgrad
etc. verbessert wird.
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(Erste Modifikation)
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8A ist
eine Schrägansicht
einer ersten Modifikation des Rohres 130 und 8B ein
Querschnitt längs
der Linie VIIIB-VIIIB in 8A. Diese Modifikation
unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform dadurch, dass multiple
rechteckige Vorsprünge
(Rippen) 113a in der Rohrplatte 110, wie in den 8A und 8B gezeigt,
abgebildet sind. Mit dieser Struktur wird ein Wärme aufnehmender Bereich, der
Wärme aus
dem Abgas aufnimmt, vergrößert, so
dass der Wärmeaustauschwirkungsgrad (Erwärmung des
Kühlmittels
und Kühlung
des Abgases) zwischen dem Kühlmittel
und dem Abgas verbessert werden kann.
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Da
die rechteckigen Vorsprünge 113a integral
in der Rohrplatte 110 ausgebildet sind, wird die Anzahl
der Teile nicht vergrößert, wodurch
eine Kostensteigerung fortfällt.
Die rechteckigen Vorsprünge 113a werden
geformt, indem jeweilige Teile des Blechmaterials für die Rohrplatte 110 geschnitten und
gebogen werden, und wobei die Teile zwischen den Kühlmittelströmungsweglöchern 113a und
den rechteckigen Vorsprüngen 113 in
der gleichen Richtung wie die Grat- bzw. Entgratungslöcher 111 gebogen
werden.
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(Zweite Modifikation)
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9 ist
eine Schrägansicht
einer zweiten Modifikation des Rohres 130, die sich von
der ersten Modifikation dadurch unterscheidet, dass multiple dreieckige
Vorsprünge
(Rippen) 113b in der Rohrplatte 110 ausgebildet
sind. Mit dieser Struktur wird verhindert, dass Ruß sich an
den Rippenteilen (Vorsprüngen 113b)
aufstaut und zusätzlich
wird der Wärmeaustauschwirkungsgrad
vergrößert.
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(Dritte Modifikation)
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10A ist eine Draufsicht einer dritten Modifikation
des Rohres 130, und 10B ist
ein Querschnitt längs
einer Linie XB-XB in 10A. Multiple Rippen bzw. Mehrfachrippen 113c können gebildet werden,
indem die jeweiligen Teile des Blechmaterials für die Rohrplatte 110,
wie in der Zeichnung gezeigt, ausgestanzt werden. Die Rippen 113c können in
der Rohrplatte 120 oder in beiden Rohrplatten 110 und 120 geformt
werden. Ein vorstehendes vorderes Ende jeder Rippe 113c wird
bevorzugt in Kontakt mit der anderen Rohrplatte 110 oder 120 im
Hinblick auf die Wärmeübertragung
gebracht. Jedoch steht das vorstehende vordere Ende nicht notwendiger
Weise in Kontakt mit der anderen Platte.
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(Zweite Ausführungsform)
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Die 11A bis 11D zeigen
den Abgaswärmeaustauscher 100 gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, wobei es sich in 11A um
eine Draufsicht, bei 11B um eine Seitenansicht, bei 11C um einen Querschnitt längs der Linie XIC-XIC in 11B, und bei 11D um
einen Querschnitt längs
der Linie XID-XID in 11A handelt. Jedes der den Wärmeaustauscherkern 140 bildenden
Flachrohre 130 ist aus einem Paar von Platten oder Blechen 110 und 120 in
der gleichen Weise wie bei der ersten Ausführungsform geformt. Die Rohrplat te 110 ist
an der anderen Rohrplatte 120 derart befestigt, dass die
in der ersten Rohrplatte 110 geformten Gratteile 111 in
die jeweiligen Öffnungen
eingeführt
werden, die in den konvexen Vorsprüngen 121 der zweiten
Rohrplatte 120 geformt sind, und das vordere Ende der jeweiligen
Gratteile 111 ist jeweils nach außen gebogen (verstemmt, indem
das vordere Ende vergrößert wurde).
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Gemäß der ersten
Ausführungsform
werden die Abgaskanäle 132 geformt,
indem Umfangsteile der Rohrplatte 120 an beiden Enden der
Breitenrichtung gebogen werden und diese gebogenen Teile in Kontakt
mit der Rohrplatte 110 gebracht werden, so dass die Abgaskanäle 132 in
Längsrichtung
gebildet werden. Andererseits werden gemäß der zweiten Ausführungsform
die gebogenen Teile an beiden Enden in Breitenrichtung von der Rohrplatte 120 eliminiert,
stattdessen werden Abgaskanäle 132 geformt, indem
Umfangsteile der Rohrplatte 120 an beiden Ende der Längsrichtung
gebogen werden, so dass die Abgaskanäle 132 in dem Wärmeaustauscherkern 140 in
Längsrichtung
geformt werden.
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Die
Kühlmittelströmungskanäle 131 sind
gegen die Abgaskanäle 132 getrennt,
indem die Rohre 130 laminiert und miteinander verbunden
werden, wobei die Gratteile 111 in die jeweiligen Öffnungen der
konvexen Vorsprünge 121 eingeführt werden.
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Die
Seitenteile des Wärmeaustauscherkerns 140 in
Richtung der Breite gesehen, sind mit den Seitenplatten 141 und 142 bis
auf die Abgaseinlass- und Abgasauslassöffnungen abgedeckt. Somit strömt das Abgas
in den Wärmeaustauscher
und durch den Wärmeaustauscherkern 140 in
der Richtung senkrecht zur Kühlmittelströmungsrichtung.
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Wie
oben, sind die Seitenteile des Wärmeaustauscherkerns 140 (die
Abgaskanäle 132)
in Richtung der Breite offen bzw. geöffnet, und die Seitenplatten 141, 142 sind
an solchen Seitenteilen vorgesehen, die sich in Richtung der Breite
senkrecht zur Schichtungsrichtung und der Längsrichtung befinden.
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In
der Flachrohrkonfiguration, bei der gemäß der Ausbildung das Abgas
in Längsrichtung
strömt, gibt
es keinerlei Flexibilität
für die
Richtungen der Abgasströmung.
Die Flansche 180 sind an beiden Längsenden des Wärmeaustauscherkerns 140 vorgesehen,
wobei das Abgas in Längsrichtung
strömt, damit
die Längsenden
mit dem Abgasrohr 11 verbunden werden. Die Konfiguration
der Flansche 180 ist durch die Konfiguration des Wärmeaustauscherkerns 140 festgelegt.
Als Konsequenz kann es notwendig sein, zusätzliche Teile und/oder Raum
vorzusehen, um die Konfiguration der Flansche 180 in die Konfiguration
des Wärmeaustauscherkerns 140 einzupassen.
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Gemäß der zweiten
Ausführungsform
jedoch werden die gebogenen Teile (Wandteile) an beiden Enden in
Richtung der Breite von dem Flachrohr 130 eliminiert, und
die Abgaskanäle 132 sind
in Richtung der Breite geöffnet,
die senkrecht zur Schicht- oder Laminierungsrichtung
und der Längsrichtung
geht. Dagegen werden die Längsenden
des Wärmeaustauscherkerns 140 durch
in den Flachrohren 130 geformte Wandteile geschlossen.
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Die
Seitenplatten 141, 142 sind an solchen Seitenteilen
vorgesehen, die sich in Richtung der Breite senkrecht zur Schicht-
oder Laminierungsrichtung und der Längsrichtung des Wärmeaustauscherkerns 140 erstrecken,
wobei die Einlass- und Auslassöffnungen
(180) für
das Abgas an der Seitenplatte 142 vorgesehen sind. Mit
solch einem Aufbau des Wärmeaustauschers 100 lässt sich
mehr Flexibilität zur
Auslegung der Einlass- und Auslassöffnungen des Abgases in der
Seitenplatte 142 (der Seitenteil des Wärmeaustauscherkerns 140 in
Breitenrichtung gesehen) erreichen.
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Die
Konfiguration und/oder Positionierung der Einlass- und Auslassöffnungen
für das
Abgas sind nicht an die Konfiguration des Wärmeaustauscherkerns 140 gebunden.
Somit können
die Einlass- und Auslassöffnungen
für das
Abgas frei ausgelegt werden, so dass der Wärmeaustauscher 100 mit dem
Abgasrohr 11 in der bevorzugtesten Weise verbunden werden
kann. In 11 sind die Einlass- und Auslassöffnungen
für das
Abgas auf einem Seitenteil (der Seitenplatte 142) des Abgaswärmeaustauschers 100 vorgesehen.
Jedoch können
die Einlass- und Auslassöffnungen
auf beiden Seitenteilen (den Seitenplatten 141, 142)
des Abgaswärmeaustauschers 100 vorgesehen
sein. Darüber
hinaus können die
Einlass- und Auslassöffnungen
jeweils auf einer Seite der Seitenteile (den Seitenplatten 141, 142) und
einem der Längsenden
des Abgaswärmeaustauschers 100 angeordnet
sein.
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(Dritte Ausführung sform)
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12 zeigt
einen Querschnitt durch einen Abgaswärmeaustauscher 100.
Nach der Zeichnung sind solche Teile mit Y dargestellt, in welchen
möglicherweise
die Stagna tion des Kühlwassers
auftreten kann. Wie 12 zeigt, kann für den Fall,
dass der Wärmeaustauscher 100 so
ausgelegt ist, dass Kühlwasser
durch den Wärmeaustauscher 100 in
einem U-förmigen
Strömungsweg
strömt,
die Stagnation des Kühlwassers
an den mit „Y" bezeichneten Teilen auftreten,
die vom Hauptstrom (Pfeil in dicker Linie eingezeichnet) des Kühlwassers
entfernt sind. Das in dieser Weise aufgehaltene Kühlwasser
kann in den Tankbereichen 152, 153 und 161 an
solchen Oberflächenteilen
sieden, die sich in Kontakt mit den Abgaskanälen 132 befinden.
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13A zeigt einen Querschnitt durch die linke Seite
des Abgaswärmeaustauschers 100 gemäß der dritten
Ausführungsform,
während 13B eine vergrößerte Darstellung
eines Teiles G in 13A ist. Im Wärmeaustauscher 100 sind
die Tankteile 152, 153 und 161 (Sammler)
an den Ober- und Unterseiten des Wärmeaustauscherkerns 140 vorgesehen,
um das Kühlwasser
auf die Kühlmittelströmungskanäle 131 zu
verteilen und das Kühlwasser
von diesen zu sammeln. Gemäß dieser
Ausführungsform
sind Luftschichten (wärmeisolierende
Lagen) 130a zwischen den Abgaskanälen 132 und den Tank-
oder Sammlerteilen 152, 153 und 161 vorgesehen,
damit das Kühlwasser
daran gehindert wird, in den Tankteilen 152, 153 und 161 zu
sieden, selbst wenn der Kühlwasserstrom
zum Stagnieren gekommen ist.
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Insbesondere
wird die Länge
der Flachrohre 130a an dem obersten und untersten Teil
des Wärmeaustauscherkerns 140 kürzer als
die der anderen Flachrohre 130 ausgebildet, wobei die Flachrohre 130 in
Kontakt mit den Tankteilen 152, 153 und 161 kommen.
Beide der Längsenden
der Flachrohre 130a sind geschlossen, so dass das Abgas
nicht durch die Flachrohre 130a strömen kann, vielmehr haben sich
die Luftschichten (wärmeisolierende
Lagen) in den Flachrohren 130a gebildet.
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Wie
oben bei der dritten Ausführungsform werden
die Luftschichten 130a zwischen den Abgaskanälen 132 und
den Tank- oder Sammlerteilen 152, 153 und 161 gebildet.
Das Kühlwasser
wird durch die Luftschichten 130a am Sieden gehindert,
selbst wenn der Kühlwasserstrom
in den Sammler- oder Tankteilen 152, 153 und 161 zum
Stagnieren gebracht wurde.
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Obwohl
die Form der Flachrohre 130a und der Sammler- oder Tankplatten 150, 160 sich
geringfügig
von der ersten Ausführungsform
unterscheidet, ist doch die zugrunde liegende Schicht- oder Laminierungsstruktur
des Wärmeaustauschers
gemäß der dritten
Ausführungsform
fast identisch der der ersten Ausführungsform. Somit kann die
mögliche Kostensteigerung
in Fortfall gebracht werden.
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(Vierte Aus führungsform)
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Die 14A und 14B sind
Schrägansichten
eines Abgaswärmeaustauschers 100 gemäß einer
vierten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, wobei 14A einen
Zustand vor der Montage der Flansche 180 zeigt, und 14B einen Zustand vor der Montage einer unteren
Sammler- oder Tankplatte 160 erkennen lässt. Die vierte Ausführungsform
unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform dadurch, dass wenigstens
eine der Sammlerplatten 150 und 160 mit Gleitplattenteilen 162 an
deren beiden Längsenden
versehen ist. Die Gleitplattenteile 162 stehen den Innenflächen 182 der
Flansche 180 gegenüber
und stehen in Kontakt hiermit und gleiten frei in Schicht- oder
Laminierungsrichtung des Wärmeaustauscherkerns 140,
bevor sie verlötet
werden.
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Die 15A bis 15D sind
Vertikalschnitte jeweils vor und nach dem Löten (Schweißen), wobei die 15A und 15B den
Wärmeaustauscher
ohne Gleitplattenteile, die 15C und 15D den Wärmeaustauscher
mit solchen Gleitplattenteilen zeigen. Die Dicke des Wärmeaustauscherkerns 140 ist
geneigt, um leicht beim Lötverfahren
aufgrund der Schmelzausbreitung des Lötmaterials der Rohrplatten 110, 120 und
der Sammlerplatten 150, 160 zu schrumpfen. Für den Fall
also, dass der Wärmeaustauscherkern 140 einfach
in die Kernträgeröffnungen 181 der
Flansche 180 eingeführt
wird, besteht die Möglichkeit
des Leckens von Abgas durch Spalte, die zwischen dem Wärmeaustauscherkern 140 und
den Kernträgeröffnungen 181 entstehen
können.
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Bei
der Benutzung der Gleitplattenteile 162 jedoch, kann ein
Herauslecken von Abgas mit den Gleitplattenteilen 162 verhindert
werden, die dazu beitragen, die Spalte abzudecken, die zwischen
dem Wärmeaustauscherkern 140 und
den Kernträgeröftnungen 181 durch
die Schrumpfung des Wärmeaustauscherkerns 140 entstehen
könnten
oder können.
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(Andere Ausführungsformen)
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Die
oben genannten Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung basieren auf Kühlmittelströmungs- und Abgasströmungswegen
von U-förmiger Strömungsausle gung.
Es soll jedoch darauf hingewiesen werden, dass die vorliegende Erfindung
darauf nicht begrenzt ist und dass sie in verschiedenen alternativen
Ausführungsformen
praktiziert werden kann, wie beispielsweise einem Einwegströmungsdurchgang
von einer Seite zur anderen, oder Strömungsdurchgängen oder -durchlässen mit
einer Vielzahl von Strömungsumlenkungen,
die über
die U-förmige
Strömung
hinausgehen (beispielsweise N-Umlenkung oder W-Umlenkung). Weiterhin
kann die Anzahl der Kühlmittelströmungskanäle 131 in
den jeweiligen Strömungskanälen oder
Strömungsdurchlässen verändert werden,
und zwar abhängig
vom Temperaturgradienten des Abgases.
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Bei
den oben genannten Ausführungsformen der
vorliegenden Erfindung werden die laminierten oder gewalzten bzw.
geschichteten (laminated) Flachrohre 130 vormontiert und
die laminierte gewalzte bzw. geschichtete Struktur der Rohre wird durch
das Verstemmen der Haken 112 aufrecht erhalten, um eine
mögliche
Verschiebung der laminierten Flachrohre 130 zu vermeiden.
Auch wird es möglich,
statt der Verstemmungshaken 112 Umfangsteile der Kühlmittelströmungslöcher 131a der
Flachrohre 130 in geeigneter Weise zu formen, so dass sie
mit dem Kopf nach unten zur Zeit der Laminierung oder Schichtung
eingepasst werden.
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Bei
den vorbeschriebenen Ausführungsformen
ist der Abgaswärmeaustauscher 100 der
vorliegenden Erfindung innerhalb des Schalldämpfers bzw. Auspuffs 11 angeordnet.
Es ist auch möglich, den
Abgaswärmeaustauscher 100 der
vorliegenden Erfindung bei einem EGR-Gaskühler (nicht dargestellt) anzubringen,
der in einem Abgasrezirkulationsweg vorgesehen ist, um einen Teil
des Abgases des Motors 1, zu einer Einlassseite des Motors 10 rückzuführen.
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Bei
den oben genannten Ausführungsformen ist
der Wärmeaustauscher
auch so aufgebaut, dass nur das Abgas in den zwischen dem Paar von
Rohrplatten 110, 120 definierten Räumen strömt. Der Wärmeaustauscher
kann jedoch auch so konstruiert sein, dass ein Raum durch das Paar
von Rohrplatten für
das Abgas definiert wird, wogegen ein anderer Raum zwischen den
benachbarten Rohren 130 für das flüssige Kühlungsmittel gebildet wird
und beide Längsenden
des Raums für
das flüssige
Kühlmittel geschlossen
werden.