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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Wärmetauscherrohr in einem sogenannten Schalen- und Rohr-Typ-Abgaswärmetauscher. Genauer bezieht sie sich auf ein Wärmetauscherrohr, welches ein Heizrohr ist, das eine ebene bzw. flache Querschnittsform aufweist, welche in mehreren Anzahlen in einem Wärmetauscher angeordnet ist, um einen Abgasfluss- bzw. -strömungspfad auszubilden, eine gewellte Finnen- bzw. Rippenstruktur an der Innenumfangsoberfläche des Heizrohrs inkorporiert bzw. aufnimmt, um die Wärmetauscherleistung zu erhöhen, und effizient einen Wärmeaustausch mit einem Kühlmedium fördert bzw. unterstützt, das an der Außenseite des Heizrohrs fließt bzw. strömt, was durch ein Fließen bzw. Strömen eines Hochtemperaturabgases in dem Abgasflusspfad in dem Heizrohr erreicht wird, indem eine einzigartige Verbesserung an der gewellten Rippenstruktur ausgebildet wird, um ein Gleichgewicht bzw. einen Ausgleich zwischen der Wärmeübergangs- bzw. -transferleistung, die durch die gewellte Rippenstruktur gebracht wird, und dem Druckverlust zu erzielen.
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STAND DER TECHNIK
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Ein Wärmetauscherrohr mit den Merkmalen des Oberbegriffs ist aus der
JP 2004-263 616 A bekannt.
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Ein Verfahren, in welchem etwas von Abgas aus dem Abgassystem eines Dieselmotors entnommen wird, und neuerlich zu dem Luftaufnahmesystem rückgeführt wird und zu einer Luft-Kraftstoff-Mischung zugefügt wird, wird EGR (Exhaust Gas Recirculation, Abgasrezirkulation) genannt. Dieses Verfahren wurde weit verbreitet als ein effektives Verfahren zum Reinigen von Abgasen von Dieselmotoren und zum Verbessern der Wärmeeffizienz verwendet, da zahlreiche Effekte erzielt werden können, beispielsweise das Auftreten von NOx (Stickoxiden) kann beschränkt werden, der Verlust von Wärme, die auf ein Kühlmittel aufgrund eines Absinkens im Pumpenverlust und einer absinkenden Temperatur von Verbrennungsgas abgegeben bzw. freigesetzt ist bzw. wird, ist reduziert, das Verhältnis von spezifischer Wärme wird durch eine Änderung der Menge und der Zusammensetzung des Arbeitsgases erhöht, und die Zykluseffizienz wird entsprechend verbessert.
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Wenn die Temperatur von EGR Gas ansteigt und die Menge an EGR ansteigt, ist bzw. wird jedoch die Dauerhaftigkeit bzw. Haltbarkeit des EGR Ventils durch die Wärmetätigkeit des EGR Gases verschlechtert und das EGR Ventil kann in einem frühen Zustand gebrochen bzw. zerstört werden. Daher muss ein Kühlsystem zur Verfügung gestellt werden, um eine Wasserkühlungsstruktur als eine vorbeugende bzw. Präventivmaßnahme auszubilden, oder es tritt hier ein Phänomen auf, dass die Fülleffizienz durch den Anstieg in der Einlass- bzw. Aufnahmetemperatur verschlechtert wird und somit die Brennstoffökonomie bzw. -wirtschaftlichkeit verschlechtert bzw. abgesenkt wird. Um derartige Umstände zu vermeiden, wurde eine Vorrichtung zum Kühlen des EGR Gases unter Verwendung eines Motorkühlfluids, eines Kühlmittels für eine Klimaanlage oder Kühlluft verwendet. Insbesondere wurde eine große Anzahl von EGR-Gas-Kühlsystemen eines Gas-Flüssigkeits-Wärmetauschertyps, welcher das EGR Gas unter Verwendung des Motorkühlfluids kühlt, vorgeschlagen und verwendet. Unter diesen EGR-Gas-Kühlsystemen eines Gas-Flüssigkeits-Wärmetauschertyps wurde ein EGR-Gas-Kühlsystem eines Doppelrohr-Wärmetauschertyps immer noch stark gefordert. Eine große Anzahl von Doppelrohr-Wärmetauschern wurde vorgeschlagen, beinhaltend beispielsweise einen Doppelrohr-Wärmetauscher, in welchem ein äußeres bzw. Außenrohr, um eine Flüssigkeit durchtreten zu lassen, an der Außenseite eines Aussenrohrs angeordnet ist, um es einem Hochtemperatur-EGR-Gas zu ermöglichen durchzutreten. In einem anderen Wärmetauscher zum Ausführen eines Wärmetauschs zwischen Gas und Flüssigkeit ist bzw. wird eine metallische gewellte bzw. Wellplatte als eine Rippe bzw. Finne in dem Innenrohr eingesetzt (siehe
JP 11-23181 A (
1 bis
4)). Ein weiterer Doppelrohr-Wärmetauscher, welcher durch ein Innenrohr, um es einem Kühlmedium zu ermöglichen, im Inneren zu fließen, einem Außenrohr, das so zur Verfügung gestellt ist, um von dem Außenumfang des Innenrohrs getrennt zu sein, und einer Strahlungsrippe gebildet ist, die eine eine thermische Spannung relaxierende bzw. entspannende Funktion aufweist, welche in dem Innenrohr zur Verfügung gestellt ist, ist beispielsweise aus der
JP 2000-111277 A (
1 bis
7) bekannt.
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Entsprechend dem Doppelrohr-Wärmetauscher, der eine Rippenstruktur inkorporiert, an welcher eine Verbesserung in verschiedenen Weisen ausgeführt wurde, wie dies oben beschrieben ist, kann, obwohl die Konstruktion einfach und kompakt ist, eine hohe Kühleffizienz als solche angenommen bzw. vorhergesehen werden. Daher wurden als ein Wärmetauscher zum Kühlen von EGR Gas, welcher in einem beschränkten Installationsraum, wie einem klein dimensionierten Automobil, verwendet wird, mehrere Doppelrohr-Wärmetauscher bereits praktisch verwendet. Jedoch hat aufgrund seiner kompakten Konstruktion natürlich die absolute Menge von fließendem bzw. strömendem Fluid eine Grenze. Als ein Ergebnis sind ungelöste Probleme in Bezug auf die gesamte Wärmetauschereffizienz verblieben. Um derartige Probleme zu lösen, muss unvermeidbar ein Wärmetauscher eines sogenannten Schalen- und Rohrtyps angenommen werden, obwohl die Konstruktion etwas kompliziert und groß ist. Der Wärmetauscher dieser Art wurde auch auf verschiedene Weisen verbessert. Als ein Beispiel des Wärmetauschers der Schalen- und Rohrart wurde ein Wärmetauscher offenbart, in welchem ein Kühlwassereinlass an einem Ende des Außenumfangsabschnitts eines Schalenkörpers zur Verfügung gestellt ist, der einen Kühlmantel ausbildet, und eine Düse, die als ein Kühlwasserauslass dient, an dem anderen Ende zur Verfügung gestellt ist; eine Haube zum Einbringen von Hochtemperatur-EGR-Gas einstückig bzw. integral an einem Ende in der Längsrichtung des Schalenkörpers zur Verfügung gestellt ist, und eine Haube zum Auslassen des wärmegetauschten EGR Gases integral an dem anderen Ende davon zur Verfügung gestellt ist; eine Mehrzahl von ebenen bzw. flachen Heizrohren an Intervallen über einen Rohrsitz installiert ist, der am Inneren der Haube festgelegt ist; das Hochtemperatur-EGR-Gas in den ebenen Heizrohren derart fließt, um das Kühlwasser zu kreuzen, das in dem Schalenkörper fließt bzw. strömt; und eine Plattenrippe, die eine U-förmige Querschnittsform aufweist, an der Innenumfangsoberfläche des ebenen Heizrohrs inkorporiert ist, wodurch der Fluss des fließenden EGR Gases zu einem kleinen Strom gemacht wird und zur selben Zeit der Wärmeübertragungsbereich bzw. die Wärmeübertragungsfläche weiterhin erhöht wird, wodurch eine hohe Wärmeaustauscheffizienz zur Verfügung gestellt wird (siehe
JP 2002-107091 A (
1 bis
3)).
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Andererseits ist es in dem oben beschriebenen Wärmetauscher eines Schalen- und Rohrtyps zum Verbessern der Wärmetauschereffizienz ein wesentliches Erfordernis, es dem EGR Gas zu ermöglichen, welches das Kühlmedium ist, mit gleichmäßiger Strömungsraten- bzw. Flussgeschwindigkeitsverteilung und Flussgeschwindigkeit in jedem Heizrohr zu fließen, welches in großen Anzahlen in Intervallen bzw. Abständen in der Schale angeordnet ist, um eine Heizrohrgruppe auszubilden, und zur selben Zeit einen turbulenten Fluss und eine Rührtätigkeit geeignet zwischen den Fluiden zu erzeugen, welche das gekühlte Medium und das Kühlmedium sind. Dementsprechend wurde für das EGR-Gas-Kühlsystem, das in
9A gezeigt ist, ein ebenes Heizrohr
10 für einen Wärmetauscher vorgeschlagen, in welchem ein Heizrohr, welches in großen Anzahlen in einem Schalenkörper
30 vorgesehen ist, der einen Kühlmantel ausbildet, um eine Heizrohrgruppe auszubilden, ein ebenes Heizrohr
10 ist, welches aus einem Bodenabschnitt
10-6 und einem oberen Deckelabschnitt
10-5 besteht; wie dies in
9B gezeigt ist, eine gewellte Rippe
20, die einen im wesentlichen rechtwinkligen bzw. rechteckigen kanalförmigen Querschnitt aufweist und eine Wellenform aufweist, an vorbestimmten Intervallen in der Längsrichtung mäandriert
20-1, inkorporiert bzw. aufgenommen ist; und auch ein einen turbulenten Strom bildender Abschnitt
10-1 in Bezug auf den Gasstrom ausgebildet ist, indem eine Mehrzahl von konkaven Abschnitten
10-3 und konvexen Abschnitten
10-2 auf einem Abgasstromflusspfad
10-4 in dem ebenen Heizrohr
10 zur Verfügung gestellt ist (siehe
JP 2004-263616 A (
1 bis
10)). Es wurde auch ein Bericht derart gemacht, dass ein periodischer turbulenter Strom in dem EGR Gas ausgebildet ist bzw. wird, das in einem Gasflußpfad bzw. -strömungsweg
10-4 in dem ebenen Heizrohr
10 fließt, um effektiv die Anhaftung von Ruß zu verhindern, und das Kühlmedium, wie Kühlwasser, das an der Außenumfangsoberfläche des Heizrohrs
10 fließt, ebenfalls effizient gerührt bzw. bewegt ist bzw. wird, wodurch die Wärmetauscherleistung zwischen Gas und Flüssigkeit verbessert ist. Auch ist in dem Wärmetauscher, der in
10A gezeigt ist, ein Wärmetauscher
40a zum Kühlen von Abgas, in welchem ein Abgasflusspfad
30a-1 ausgebildet ist, um eine ebene Querschnittform aufzuweisen bzw. zu besitzen, und in einer Mehrzahl von Lagen laminiert ist, gezeigt. In dem ebenen Abgasflusspfad
30a-1 ist eine gewellte Rippenstruktur
20a, die eine im Wesentlichen rechteckige kanalförmige Querschnittsebene aufweist, wie dies in
10C gezeigt ist, und die in der Längsrichtung mäandriert, wie dies in
10B gezeigt ist, eingesetzt. Dadurch wurde ein Wärmetauscher, der eine Konstruktion im Wesentlichen ähnlich zu der JP 2004-263616 A (
1 bis
10) aufweist, offenbart. Die gewellte Rippenstruktur
20a in diesem Beispiel ist so ausgebildet, dass, wie dies in
10B und
20D gezeigt ist, die Periode von Wellen entsprechend der mäandrierenden Welle, in einer Draufsicht betrachtet, nämlich die Perioden von Peak- bzw. Spitzenlinien
20a-3 und Tallinien
20a-4 länger als die Periode T2 auf der Auslassseite
20a-6 von Gas verglichen mit der Periode T1 auf der Einlassseite
20a-7 von Gas sind, und die gewellte Rippenstruktur
20a in dem ebenen Abgasflusspfad
30a-1 eingesetzt ist, wodurch ein Wärmetauscher, in welchem ein Gasstrompfad, der das ebene Heizrohr substituiert, beinhaltend die gewellte Rippe, verwendet wird, vorgeschlagen wurde (siehe
JP 2004-177061 A (
1 bis
4)). Es wurde ein Bericht gemacht, dass, indem die Periode bzw. Dauer der Wellen auf der Abgasauslassseite länger als diejenige auf der Einlassseite und eine sanfte Kurve gemacht wird, der Fluss bzw. die Strömung von Gas beschleunigt wird und somit die Ansammlung von Ruß verhindert wird, und zur selben Zeit das Rühren bzw. Durchmischen des Fluids gefördert wird und somit Wärmetauscherleistung verstärkt bzw. erhöht wird.
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In den oben beschriebenen konventionellen Techniken kann in dem Fall des Doppelrohr-EGR-Gas-Kühlsystems, das in der
JP 11-23181 A (
1 bis
4) und der
JP 2000-111277 A (
1 bis
7) offenbart ist, obwohl die Konstruktion einfach und kompakt ist, eine hohe Kühleffizienz als solche erwartet werden. Daher wurden als ein Wärmetauscher zum Kühlen von EGR Gas, welcher in einem begrenzten Installationsraum, wie einem klein dimensionierten Automobil, verwendet ist, bereits zahlreiche Doppelrohr-Wärmetauscher praktisch verwendet. Jedoch hat aufgrund seiner kompakten Konstruktion die absolute Menge an fließendem Fluid natürlich eine Grenze. Als ein Ergebnis sind ungelöste Probleme in Bezug auf die gesamte Wärmetauschereffizienz zurückgeblieben.
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Um die oben beschriebenen Probleme zu lösen, wurde in dem Wärmetauschertyp-EGR-Gas-Kühlsystem eines Ummantelungs- bzw. Schalen- und Rohr-Typs, der in der
JP 2002-107091 A (
1 bis
3) und der
JP 2004-177061 A (
1 bis
4) beschrieben ist, eine Verbesserung derart gemacht, dass das Wärmetauscherohr aus einem ebenen bzw. flachen Heizrohr gefertigt bzw. hergestellt ist, das eine größere Wärmetransferfläche aufweist, und die Finnen- bzw. Rippenstruktur, die einen U-förmigen Querschnitt aufweist, in das ebene Heizrohr inkorporiert ist; die gewellte Rippe, die in das ebene Heizrohr inkorporiert ist, ist als eine Wellenform hergestellt bzw. gefertigt, die einen im Wesentlichen rechteckigen bzw. rechtwinkligen kanalförmigen Querschnitt aufweist, und die gewellte Rippe ist mit einer Wellenform gebildet, die in der Längsrichtung mäandriert, und zusätzlich ist eine Mehrzahl von Unregelmäßigkeiten auf der Fluidflusspfadoberfläche des ebenen Heizrohrs zur Verfügung gestellt, um einen einen turbulenten Strom ausbildenden Abschnitt zu bilden; oder die Periode eines Mäandrierens in der Längsrichtung der gewellten Rippe, die in dem ebenen Gasflusspfad inkorporiert bzw. aufgenommen ist, in dem laminierten Wärmetauscher ist länger an der Auslassseite verglichen mit der Periode auf der Gaseinlassseite gemacht. Es würde Berichte gegeben, so dass durch ein Ausbilden einer Verbesserung, wie oben beschrieben, die Ansammlung von Ruß in dem Rohr verhindert wurde, indem ein turbulenter Strom geeignet in dem Fluss von EGR Gas produziert wurde, das in dem Gasflusspfad in dem Heizrohr fließt, oder die Bewegungs- bzw. Rührtätigkeit des Kühlmediums, wie Kühlwasser, das an der Außenseite des Heizrohrs fließt, gefördert wurde, wodurch eine hohe Wärmetauschleistung zwischen Gas und Flüssigkeit erhalten wurde, und einige konventionelle Techniken wurden bereits praktisch verwendet. Gegenwärtig kann betreffend die Form bzw. Gestalt der Welle als die gewellte Rippenstruktur, welche in das ebene Heizrohr inkorporiert bzw. aufgenommen ist und effektiv einen Wärmetausch zwischen dem Hochtemperaturfluid, das in dem Rohr fließt bzw. strömt, und dem Kühlmedium fördern kann, das außerhalb des Rohrs fließt, die Optimierung jedoch noch nicht erreicht werden. Daher kann im Wesentlichen eine ausreichende Leistung nicht erhalten werden, und Raum für weitere Verbesserungen ist verblieben.
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Spezifischer wird in dem Fall, wo die Wärmetransfer- bzw. Wärmeübertragungsfläche in dem Heizrohr klein ist, ein Versuch gemacht, die Wärmeübergangsleistung durch ein Erhöhen der Strömungs- bzw. Flussgeschwindigkeit zu verbessern. In diesem Fall steigt jedoch der Druckverlust umgekehrt an, und zusätzlich verschlechtert die Anhaftung von Ruß und Schmutz an dem Inneren des Flusspfads die Leistung, da ein Versuch gemacht wurde, die Wärmeübergangsleistung durch ein Erhöhen der Flussgeschwindigkeit zu verbessern. In dem Fall, wo die Anzahl von Heizrohren erhöht wird, um den Druckverlust zu reduzieren, sinkt die Wärmeübergangsleistung pro einem Heizrohr, so dass das Volumen des Wärmetauschers selbst ansteigt, um die anfängliche Leistung sicherzustellen. Daher treten neue Probleme von beispielsweise eines schwerwiegenden Hindernisses in Bezug auf das Layout auf.
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung die Effizienz des Wärmeaustauschs in einem Abgaswärmetauscher zu steigern. Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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Indem auf die Adhäsion bzw. Anhaftung, Viskosität und Trägheit von einzigartigem Ruß, die das Fluid aufweist, die Aufmerksamkeit gerichtet wurde, wurden Studien, die durch verschiedene Experimente begleitet wurden, aus verschiedenen Aspekten betreffend die Form bzw. Gestalt einer Welle in einer gewellten Rippenstruktur durchgeführt, welche in einem ebenen Heizrohr inkorporiert ist und einen EGR-Gas-Flusspfad ausbildet. Als ein Ergebnis wurde ein optimaler Ausgleichs- bzw. Gleichgewichtspunkt zwischen der Strömungs- bzw. Flussgeschwindigkeit und der Flussrate von EGR Gas, das in dem Heizrohr fließt, gefunden, indem die Wellenbreite eines querverlaufenden Querschnitts, der als ein Gasstrompfad in der gewellten Rippenstruktur dient, die Wellenlänge einer Wellenform, die mäandrierend in der Längsrichtung ausgebildet ist, und der Krümmungsradius der Mäandrierung in einem spezifischen Bereich gebildet sind bzw. werden. Die vorliegende Erfindung ist eine Erfindung, um eine hohe Wärmetauscherleistung zu erzielen, indem der Druckverlust auf einem Minimum gehalten wird, während eine hohe Wärmeübergangs- bzw. -transferleistung in dem Flusspfad beibehalten ist.
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Die vorliegende Erfindung wurde getätigt, um die oben beschriebenen Probleme zu lösen, und dementsprechend ist ein Gegenstand bzw. Ziel davon, ein Wärmetauscherrohr zur Verfügung zu stellen, das in einem EGR-Gas-Kühlsystem verwendet wird, welches es möglich macht, Hochtemperatur-EGR-Gas in das Wärmetauscherrohr (Heizrohr), das in dem EGR-Gas-Kühlsystem inkorporiert ist, mit einer vorbestimmten Flussgeschwindigkeit und einer Flussrate einzubringen, obwohl die Konstruktion einfach ist, indem eine Verbesserung betreffend die Form bzw. Gestalt einer Welle der gewellten Rippenstruktur gemacht wird, die einen EGR-Gas-Flußpfad in dem ebenen bzw. flachen Heizrohr für einen Wärmetauscher ausbildet, die Ansammlung von Ruß, der in dem Heizrohr generiert wird, und die Anhaftung von Schmutz beschränkt, und fähig ist, eine hohe Wärmetauscherleistung zu erzielen.
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Um die oben beschriebenen Probleme zu lösen, ist das Wärmetauscherrohr in dem EGR-Gas-Kühlsystem in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ein Wärmetauscherrohr, in welchem die Innenumfangsoberfläche, die als ein Abgasflusspfad bzw. -strömungsweg dient, eine ebene bzw. flache Querschnittsform aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Finnen- bzw. Rippenstruktur, die in dem Wärmetauscherrohr inkorporiert bzw. aufgenommen ist, eine im Wesentlichen rechteckige bzw. rechtwinkelige kanalförmige Wellenform im Querschnitt aufweist, und in der gewellten Rippenstruktur, die eine gekrümmte Oberfläche aufweist, die eine Wellenform ausbildet, die mit einer vorbestimmten Wellenlänge in der Längsrichtung mäandriert, wenn die Wellenbreite der kanalförmigen Wellenform H sein soll, und die Wellenlänge der Wellenform, die in der Längsrichtung mäandriert, L sein soll, der Wert, der durch H/L angezeigt bzw. angegeben ist, eingestellt ist, um in dem Bereich von 0,17 bis 0,20 zu liegen.
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Auch ist das Wärmetauscherrohr in dem EGR-Gas-Kühlsystem in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass in der gewellten Rippenstruktur, wenn die Amplitude der Wellenform, die in der Längsrichtung mäandriert, A sein soll, der Wert, der durch G/H angegeben ist, wo G ein Spalt ist, der durch einen Unterschied (H – A) zwischen der Wellenbreite H der kanalförmigen Wellenform und der Amplitude A bestimmt ist, eingestellt ist, um in einem Bereich von –0,21 bis 0,19 zu liegen.
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Weiterhin ist das Wärmetauscherrohr in dem EGR-Gas-System in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ein Wärmetauscherrohr, in welchem die Innenumfangsoberfläche, die als ein Abgasflusspfad dient, eine ebene Querschnittsform aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippenstruktur, die in dem Wärmetauscherrohr (Heizrohr) inkorporiert bzw. aufgenommen ist, eine im Wesentlichen rechteckige kanalförmige Wellenform im Querschnitt aufweist, und in der gewellten Struktur bzw. Wellrippenstruktur, die eine gekrümmte Oberfläche aufweist, die eine Wellenform bildet, die mit einer vorbestimmten Wellenlänge in der Längsrichtung mäandriert, das Verhältnis H/L der Wellenbreite H der kanalförmigen Wellenform zu der Wellenlänge L der Wellenform, die in der Längsrichtung mäandriert, so eingestellt ist, dass er in dem Bereich von 0,17 bis 0,20 liegt, und wenn eine Amplitude der Wellenform, die in der Längsrichtung mäandriert, A sein soll, der Wert, der durch G/H angegeben ist, wo G ein Spalt ist, der durch einen Unterschied (H – A) zwischen der Wellenbreite H der kanalförmigen Wellenform und der Amplitude A bestimmt ist, eingestellt ist, um in dem Bereich von –0,21 bis 0,19 zu liegen.
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Das oben beschriebene Wärmetauscherrohr in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass an dem Scheitel der Wellenform, die in der gewellten Rippenstruktur mäandriert, der Krümmungsradius R in dem Bereich von 1,7H bis 2H für die Wellenbreite H der kanalförmigen Wellenform in der gewellten Rippenstruktur gebildet ist.
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Weiterhin hat das oben beschriebene Wärmetauscherrohr in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung eine bevorzugte Art derart, dass ein Kerbenabschnitt, Schlitz, Durchgangsloch usw. in einer beliebigen Form in dem Seitenwandabschnitt zur Verfügung gestellt ist bzw. sind, der eine gekrümmte Oberfläche in der Längsrichtung in der gewellten Rippenstruktur aufweist, so dass ein Fluid zwischen benachbarten Fluidflusspfaden fließen kann.
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zudem hat das oben beschriebene Wärmetauscherrohr in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung eine bevorzugte Art derart, dass die gewellte Rippenstruktur aus einem metallischen Blech- bzw. Blattmaterial gebildet ist, Herstellungsmittel davon geeignet aus Pressformen, Ritzelformen und einer Kombination von diesen gewählt sind, und Verbindungsmittel zum Verbinden der gewellten Rippenstruktur mit einer Innenumfangsoberfläche des Heizrohrs geeignet aus Schweißen, Löten, Klebung bzw. Anhaftung oder anderen Verbindungsmethoden gewählt sind, wodurch die gewellte Rippenstruktur mit der Innenumfangsoberfläche des Heizrohrs verbunden ist bzw. wird.
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Ebenfalls hat das oben beschriebene Wärmetauscherrohr in Übereinstimmung mit der vorliegende Erfindung eine bevorzugte Art derart, dass das metallische Blattmaterial, das die gewellte Rippenstruktur ausgebildet, aus einem austenitischen, rostfreien Stahl, wie SUS304, SUS304L, SUS316 und SUS316L besteht, und eine Dicke davon von 0,05 bis 0,3 mm beträgt.
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Weiterhin hat das oben beschriebene Wärmetauscherrohr in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung eine bevorzugte Art derart, dass das Heizrohr eine im Wesentlichen elliptische Querschnittsform bzw. -gestalt aufweist und in eine Rennbahnform ausgebildet ist, oder eine im Wesentlichen rechteckige Querschnittsform aufweist und in eine rechteckige Form im Querschnitt ausgebildet ist.
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Für das Wärmetauscherrohr in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung weist das Heizrohr, das den Abgasflusspfad bzw. -strömungsweg ausbildet, eine ebene bzw. flache Querschnittsform auf, und zur gleichen Zeit ist die Rippenstruktur, die an die Innenumfangsoberfläche des ebenen bzw. flachen Heizrohrs inkorporiert bzw. aufgenommen ist, eine gewellte bzw. Wellrippenstruktur, welche eine Wellenform aufweist, die einen im Wesentlichen rechteckigen, kanalförmigen Querschnitt aufweist und die gekrümmte Oberfläche aufweist, die mit einer Wellenform gebildet ist, die mit einer vorbestimmten Wellenlänge in der Längsrichtung mäandriert. Wenn die Wellenbreite der kanalförmigen Wellenform H sein soll und die Wellenlänge der Wellenform, die in der Längsrichtung mäandriert, L sein soll, ist der Wert, der durch H/L angegeben ist, eingestellt, um in einem Bereich von 0,17 bis 0,20 zu liegen, und der Wert, der durch G/H angegeben ist, wo G ein Spalt ist, der durch einen Unterschied (H – A) zwischen der Wellenbreite H und der Amplitude A einer Wellenform bestimmt ist, die in der Längsrichtung mäandriert, ist eingestellt, um in einem Bereich von –0,21 bis 0,19 zu sein. Weiterhin ist an dem Scheitel der Wellenform, die in der gewellten Rippenstruktur mäandriert, der Krümmungsradius R in dem Bereich von 1,7H bis 2H für die Wellenbreite H ausgebildet. Es ist dadurch gefunden, dass das Abgas, das in dem Heizrohr fließt, während eine bestimmte Flussgeschwindigkeit beibehalten wird, ein Bereich ist, in welche der Druckverlust nicht notwendigerweise am Maximum ist, wenn die Wärmetauscherleistung (Wärmeübergangs- bzw. -transferfaktor) am Maximum ist. Zusätzlich ist, indem der Krümmungsradius R in dem spezifischen Bereich am Scheitel der Wellenform zur Verfügung gestellt wird, die Trennung eines Flusses bzw. Stroms am Scheitel der Wellenform beschränkt, und die Ansammlung von Ruß und die Anhaftung von Schmutz sind bzw. werden verhindert. Somit ist das Wärmetauscherrohr in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung durch ein Bestimmen von Designwerten derart ausgebildet, dass das Heizrohr eine flache Querschnittform aufweist und die Wellenform des querverlaufenden Querschnitts der gewellten Rippenstruktur, die an der Innenumfangsoberfläche des Heizrohrs inkorporiert ist, und die Form bzw. Gestalt der Wellenform, die in Zick-Zack in der Längsrichtung mäandriert, innerhalb von vorbestimmten Bereichen sind. Dadurch kann ein Wärmetauscher, der eine effektive Kühlleistung mit exzellenter Wärmeübergangsleistung aufweist, zur Verfügung gestellt werden. Um weiterhin den Effekt der vorliegenden Erfindung zu erhöhen, ist die Reynolds-Zahl vorzugsweise auf einen Wert nahe 2000 durch ein Einstellen der Anzahl von Heizröhren gemacht, die in dem Wärmetauscher zur Verfügung gestellt sind, und es ist bevorzugt, das Heizrohr in dem Bereich zu verwenden, in welchem die Reynolds-Zahl höchstens 5000 ist.
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Ebenso ist es aus einer anderen Ausbildung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ersichtlich, dass das oben beschriebene Heizrohr aus den bekannten konventionellen Mitteln gewählt werden kann. Obwohl das Heizrohr leicht durch ein sehr einfaches Herstellungsverfahren hergestellt werden kann und die Mittel zum Verbinden der gewellten Rippenstruktur mit der Innenumfangsoberfläche des Heizrohrs ebenfalls einfach sind, ist der erhaltene Effekt bemerkenswert exzellent. Daher kann der Schalen- und Rohr-Typ-Wärmetauscher, der mit diesem Heizrohr ausgestattet ist, ein EGR-Gas-Kühlsystem realisieren, welches kleiner in der Größe und leicht im Gewicht bei niedrigen Kosten ist, so dass erwartet werden kann, dass die vorliegende Erfindung einen großen Beitrag in Bezug auf eine Energieeinsparung liefert.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht eines wesentlichen Abschnitts, die schematisch ein Wärmetauscherrohr in Übereinstimmung mit einem Beispiel der vorliegenden Erfindung und eine inkorporierte gewellte Rippenstruktur zeigt;
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2 ist eine schematische Draufsicht zum Illustrieren von Konstruktionserfordernissen einer gewellten bzw. Wellrippenstruktur in einem Beispiel;
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3 ist eine Querschnittsansicht, die eine einzige Einheit eines Heizrohrs zeigt, in welchem eine gewellte Rippenstruktur in einem Beispiel inkorporiert bzw. aufgenommen ist;
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4 ist eine Querschnittsansicht, die eine einzige Einheit eines Heizrohrs in Übereinstimmung mit einem anderen Beispiel zeigt;
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5 ist eine Querschnittsansicht eines wesentlichen Abschnitts, die einen Zustand zeigt, in welchem eine gewellte Rippenstruktur in einem Flußpfad bzw. Strömungsweg eines laminierten Wärmetauschers inkorporiert ist, in welchem eine Mehrzahl von Stufen von EGR-Gas-Flusspfaden, die einen rechteckigen Querschnitt aufweisen, in noch einem anderen Beispiel ausgebildet sind, das sich auf die vorliegende Erfindung bezieht;
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6 ist eine perspektivische Ansicht eines wesentlichen Abschnitts, die eine einzige Einheit einer gewellten Rippenstruktur in Übereinstimmung mit einem Beispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
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7 ist eine teilweise weggebrochene perspektivische Ansicht, die eine einzige Einheit eines Heizrohrs in Übereinstimmung mit einem Beispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
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8 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen einem Verhältnis H/L in einer gewellten Rippenstruktur und ein Verhältnis der Nusselt-Zahl und ein Verhältnis eines Rohrreibungskoeffizienten in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung zeigt;
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9 zeigt ein konventionelles Wärmetauscher-EGR-Gas-Kühlsystem, wobei 9A eine teilweise weggebrochene perspektivische Ansicht davon ist, 9B eine perspektivische Explosionsdarstellung einer einzigen Einheit eines Heizrohrs ist, das in dem Kühlsystem verwendet ist, und
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9C eine Querschnittsansicht einer einzigen Einheit des Heizrohrs ist; und
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10 zeigt einen Wärmetauscher für ein EGR-Gas-Kühlsystem eines anderen konventionellen Beispiels, wobei 10A eine perspektivische Explosionsdarstellung davon ist, 10B eine Draufsicht auf eine einzige Einheit einer gewellten Rippenstruktur ist, die in dem Wärmetauscher verwendet ist bzw. wird, 10C eine schematische Seitenansicht einer Schalenrippenstruktur ist, und 10D eine erläuternde Ansicht der Periode von Wellen der Rippenstruktur ist.
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BESTE ART ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
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Eine Ausbildung der vorliegenden Erfindung wird nun in größerem Detail und konkret unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese Ausbildung beschränkt. Das Design, beinhaltend die Konstruktion und Form bzw. Gestalt eines Heizrohrs und einer gewellten bzw. Wellrippenstruktur, die in dem Heizrohr inkorporiert bzw. aufgenommen ist, kann frei in dem Rahmen von Lehren der vorliegenden Erfindung verändert werden.
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1 ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht eines wesentlichen Abschnitts, die schematisch ein Wärmetauscherrohr in Übereinstimmung mit einem Beispiel der vorliegenden Erfindung, und eine inkorporierte gewellten Rippenstruktur zeigt, 2 ist eine schematische Draufsicht zum Illustrieren von Konstruktionserfordernissen der gewellten Rippenstruktur in dem Beispiel, 3 ist eine Querschnittsansicht, die eine einzige Einheit eines Heizrohrs zeigt, in welchem die gewellte Rippenstruktur inkorporiert ist, 4 ist eine Querschnittsansicht, die eine einzige Einheit eines Heizrohrs in Übereinstimmung mit einem anderen Beispiel zeigt, 5 ist eine Querschnittsansicht eines wesentlichen Abschnitts, die einen Zustand zeigt, in welchem eine gewellte Rippenstruktur in einem Flusspfad eines laminierten Wärmetauschers inkorporiert ist, in welchem eine Mehrzahl von Stufen eines EGR-Gas-Flusspfads, der einen rechteckigen Querschnitt aufweist, in noch einem anderen Beispiel ausgebildet ist, das sich auf die vorliegende Erfindung bezieht, 6 ist eine perspektivische Ansicht eines wesentlichen Abschnitts, der eine einzige Einheit einer gewellten Rippenstruktur in Übereinstimmung mit einem Beispiel der vorliegenden Erfindung zeigt, 7 ist eine teilweise weggebrochene perspektivische Ansicht, die eine einzige Einheit eines Heizrohrs in Übereinstimmung mit einem Beispiel der vorliegenden Erfindung zeigt, und 8 ist ein Graph zum Illustrieren der Beziehung zwischen einem geeigneten Wert basierend auf der Wellenform der gewellten Rippenstruktur und einem Verhältnis der Nusselt-Zahl (Nu/Nu0), die später beschrieben wird, und einem Verhältnis eines Rohrreibungskoeffizienten (f/f0) in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung.
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Beispiel 1
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Für ein Wärmetauscherrohr (Wärmetauscherrohr) 1 in Übereinstimmung mit Beispiel 1 der vorliegenden Erfindung, wobei der wesentliche Abschnitt davon vergrößert in 1 gezeigt ist, wurde das Wärmetauscherrohr 1 durch ein Einsetzen und ein integrales bzw. einstückiges Verbinden durch ein Löten einer gewellten bzw. Wellrippenstruktur 2 in und an einer Innenumfangsoberfläche 1-1 eines ebenen bzw. flachen Rohrs erhalten. Die gewellte Rippenstruktur 2 wurde durch ein Pressformen eines Blech- bzw. Blattmaterials aus SUS304L austenetischem rostfreiem Stahl gebildet, der eine Dicke von 0,05 mm aufweist. Das ebene bzw. flache Rohr wurde aus einem rostfreien Stahlmaterial derselben Art gebildet, das eine Dicke von 0,5 mm aufweist, um eine im Wesentlichen elliptische Querschnittsform aufzuweisen. Für die Finnen- bzw. Rippenstruktur 2 dieses Beispiels, wie dies in 1 gezeigt ist, ist bzw. wird der Querschnitt der Rippenstruktur in eine im Wesentlichen rechteckige kanalförmige Wellenform ausgebildet und die Wellenform, die zick-zack-artig nach rechts und links in der Längsrichtung mäandriert, wird ausgebildet. Zu dieser Zeit war, indem die Wellenbreite H der kanalförmigen Wellenform 3,0 mm gelassen wird, und indem die Wellenlänge L der mäandrierenden Wellenform 16,5 mm gelassen wird, ein Verhältnis (H/L) der Wellenbreite H zur Wellenlänge L 0,182, und es wurde bestätigt, dass dieser Wert innerhalb des Erfordernisbereichs von 0,17 bis 0,20 liegt.
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Auch wurde die Rippenstruktur 2 dieses Beispiels so eingestellt, dass zusätzlich zu dem oben beschriebenen Erfordernis, indem die Amplitude A, die in 2 gezeigt ist, 3,0 mm gelassen wird, das Verhältnis (G/H) eines Spalts G, der durch einen Unterschied bzw. eine Differenz (H – A) zwischen der Wellenbreite H und der Amplitude A zu der Wellenbreite H der kanalförmigen Wellenform bestimmt wird, innerhalb des Bereichs von –0,21 bis 0,19 lag. Darüber hinaus wurde eine Einstellung so getätigt, dass, wie dies in 2 gezeigt ist, ein Krümmungsradius 6,0R an dem Scheitel der Wellenform gebildet wurde, die mäandrierend in der Längsrichtung ausgebildet ist, und der Krümmungsradius R basierend auf der kanalförmigen Wellenbreite H war innerhalb des Bereichs von 1,7H bis 2H. Für die gewellte Rippenstruktur 2 in diesem Beispiel ist die Form der Welle so geformt bzw. gebildet, um den Erfordernissen zu genügen, und zur selben Zeit ist die gewellte Rippenstruktur 2 durch ein Löten verbunden, so dass eine Spitzenoberfläche 2-1 und eine Taloberfläche 2-2 unmittelbar bzw. eng an einer Innenumfangsoberfläche 1-1 des ebenen Heizrohrs 1 in einer fluchtenden bzw. bündigen Weise anhaften. Indem die gewellte Rippe 2 mit der Innenumfangsoberfläche 1-1 des Heizrohrs 1 in einem eng anhaftenden Zustand verbunden wird, wird die Hitze bzw. Wärme eines Hochtemperaturgases in einem Heizflusspfad effektiv an Kühlwasser, das an der Außenseite bzw. außerhalb des Heizrohrs 1 fließt, über die gewellte Rippenstruktur 2 wärmegetauscht. Acht Heizrohre 1 dieses Beispiels, welche wie oben beschrieben erhalten wurden, wurden an dem Gasstrompfad festgelegt, um ein EGR-Gas-Kühlsystem auszubilden, indem eine Einstellung so gemacht wurde, dass die Reynolds-Zahl 2300 betrug, und ein Kühlleistungstest wurde ausgeführt. Als das Ergebnis strömte bzw. floss ein Hochtemperatur-EGR-Gas, das in dem Heizrohr fließt, in Strömungswegen bzw. Flusspfaden 1-2 und 1-3 des Heizrohrs 1 über eine gekrümmte Oberfläche einer spezifischen Wellenform der gewellten Rippenstruktur 2 in einem Zustand, in welchem eine vorbestimmte Strömungs- bzw. Flussrate und Flußgeschwindigkeit aufrecht erhalten wurden. Während dieser Zeit wird ein effektiver Wärmeaustausch gefördert bzw. unterstützt, und aufgrund der Wirkung des Krümmungsradius R, der an dem Scheitel der mäandrierenden Wellenform bzw. eines Wellenform-Mäanders ausgebildet ist, wurde kaum die Ansammlung von einer großen Menge an Ruß und die extreme Anhaftung von Schmutz in dem Flusspfad gefunden. Der Wärmeaustausch an einen Kühlmantel um das Heizrohr wurde effizient gefördert, und es wurde bestätigt, dass das EGR Gas, das von der EGR-Gas-Auslassseite ausgetragen wurde, auf einen vorbestimmten Temperaturbereich gekühlt wurde.
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In dem Wärmetauscherrohr 1 dieses Beispiels wurden, um den optimalen Wert der Wellenform in der aufgenommen gewellten Rippenstruktur 2 zu bestimmen, verschiedene Studien ausgeführt. In diesen Studien konnte eine Erkenntnis, die in dem Graph von 8 gezeigt ist, erhalten werden. Ein Verhältnis Nu/Nu0 der Nusselt-Zahl Nu einer gewellten Rippe zu der Nusselt-Zahl Nu0 einer geraden Rippe (geradlinig geformte Rippe), welche die Tendenz einer Wärmeübergangs- bzw. -transferleistung in einer dimensionslosen Weise ausdrückt, erreicht das Maximum, wenn das Verhältnis (H/L) einer Wellenbreite H der kanalförmigen Wellenform zu der Wellenlänge L der Wellenform, die in der Längsrichtung mäandriert, 0,20 ist. Im Gegensatz dazu erreicht ein Rohrreibungs-Koeffizientenverhältnis f/f0 des Rohrreibungskoeffizienten f der gewellten Rippe zu dem Rohrreibungskoeffizienten f0 der geraden Rippe, welches die Tendenz eines Druckverlusts in einer dimensionslosen Weise ausdrückt, das Maximum, wenn der Wert von H/L 0,3 ist. Daher steigt, wenn H/L 0,20 übersteigt bzw. -schreitet, der Druckverlust auf einen derartigen Grad an, dass das Heizrohr nichtpraktisch verwendet werden kann. Während, wenn die Heizübergangsleistung absinkt, ein Nachweis zur Verfügung gestellt wird, dass die Spezifikationen in diesem Bereich bedeutungslos sind. Andererseits wird, ein Typ, in welchem die Kosten um 10% reduziert sind und das Gewicht um 20% reduziert ist, verglichen mit einem EGR Kühler, der eine gerade Rippe aufweist, welche leicht herzustellen ist, manchmal gefordert. Daher muss die Länge des Heizrohrs um 40 Prozent abgesenkt werden. Um die Länge des Heizrohrs abzusenken, muss die Nusselt-Zahl der Rippe um 70 Prozent erhöht werden. Für diesen Zweck muss das Verhältnis H/L 0,17 oder mehr betragen. Daraufhin wird in der gewellten Rippenstruktur 2 in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung in der Beziehung zwischen der Wellenbreite H der kanalförmigen Wellenform in dem Querschnittsabschnitt und der Wellenlänge L der mäandrierenden Wellenform der Bereich H/L von 0,17 bis 0,20, in welchem das Rohrreibungs-Koeffizientenverhältnis niedrig ist und das Nusselt-Zahl-Verhältnis hoch ist, verwendet. D. h. wie das Verhältnis zwischen H/L und das Nusselt-Zahl-Verhältnis und dem Rohrreibungs-Koeffizientenverhältnis in 8 zeigen, das Nusselt-Zahl-Verhältnis das Maximum bei H/L von 0,20 erreicht, während das Rohrreibungs-Koeffizientenverhältnis f/f0 das Maximum bei H/L 0,30 erreicht. Wenn H/L 0,20 übersteigt, steigt das Rohrreibungs-Koeffizientenverhältnis an, während das Nusselt-Zahl-Verhältnis absinkt. Daher ist die Verwendung dieses Bereichs bedeutungslos. Wenn H/L niedriger als 0,17 ist, sinkt das Nusselt-Zahl-Verhältnis ab, so dass die Verwendung dieses Bereichs bzw. dieser Region für eine effiziente Rippe nicht geeignet ist. In der vorliegenden Erfindung wird daher ein Bereich von H/L von 0,17 bis 0,20, in welchem das Rohrreibungs-Koeffizientenverhältnis niedrig ist und das Nusselt-Zahl-Verhältnis hoch ist, verwendet.
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Auch der Beziehung zwischen der Amplitude A der Wellenform, die in der Längsrichtung mäandriert, der gewellten Rippenstruktur 2 und der Wellenbreite H der kanalförmigen Wellenform ist bzw. wird eine Einstellung vorzugsweise so gemacht, dass ein Verhältnis G/H des Spalts G, der durch den Unterschied (H – A) zu der Wellenbreite H definiert ist, in dem Bereich von –0,21 bis 0,19 liegt. Wenn dieses Verhältnis niedriger als –0,21 ist, steigt der Druckverlust an, was ein Problem in Bezug auf eine praktische Verwendung präsentieren kann. Andererseits sinkt, wenn das Verhältnis 0,19 übersteigt, die Wärmeübergangsleistung extrem, so dass die Verwendung als eine effiziente Rippe nicht erreicht werden kann. Weiterhin ist an dem Scheitel der Wellenform, die in der Längsrichtung mäandrierend ausgebildet ist, der Krümmungsradius R für die Wellenbreite H nicht kleiner als 1,7H oder kleiner als 2,0H ausgebildet. In dem Fall, wo der Krümmungsradius R kleiner als 1,7H ist, nimmt der Scheitel einer Welle eine spitze bzw. zugespitzte Form ein. Daher trennt sich der Gasstrom stark von der Wandoberfläche der Rippenstruktur ab, so dass der Druckverlust ansteigt, und zur selben Zeit ist es wahrscheinlich, dass sich Ruß an der Wandoberfläche der Rippe ansammelt und Schmutz an der Wandoberfläche der Rippe anhaftet. Andererseits wird, wenn der Krümmungsradius R 2,0H übersteigt, die Tangentiallinie einer Welle in der gewellten Rippenstruktur diskontinuierlich, und somit kann die Wellenform selbst nicht ausgebildet werden. Andererseits ist in dem Fall, wo das Heizrohr in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung verwendet wird, indem es in den Wärmetauscher inkorporiert bzw. aufgenommen ist, um den Flussgeschwindigkeitsbereich in dem optimalen Zustand aufrechtzuerhalten, die Anzahl von Heizrohren vorzugsweise geeignet so reguliert, dass die Reynolds-Zahl etwa 2000 beträgt. Es ist bevorzugt, das Heizrohr in dem Bereich zu verwenden, in welchem die Reynolds Zahl höchstens 5000 oder kleiner ist.
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Beispiel 2
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Ein Wärmetauscherrohr 1a, in welchem die gewellte Rippenstruktur 2 im Wesentlichen in der selben Weise wie in Beispiel 1 inkorporiert war, mit der Ausnahme, dass die Querschnittform des ebenen bzw. flachen Heizrohrs 1a rechteckig war, wurde erhalten. Das EGR-Gas-Kühlsystem wurde einem Kühlleistungstest unter denselben Bedingungen wie jenen von Beispiel 1 unterworfen und dementsprechend wurden exzellente Ergebnisse, welche die gleichen wie jene von Beispiel 1 waren, bestätigt.
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Beispiel 3
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Ein laminierter Wärmetauscher 3, in welchem eine Mehrzahl von Stufen von EGR-Gas-Flusspfaden 4-2, die im Wesentlichen dieselben Spezifikationen wie jene des ebenen Heizrohrs 1a in Beispiel 2 aufweisen und einen rechteckigen Querschnitt aufweisen, wurde hergestellt bzw. vorbereitet. Wie dies in 5 gezeigt ist, wurde eine Rippenstruktur 2a, die im Wesentlichen mit denselben Spezifikationen wie jenen von Beispiel 1 ausgebildet war, in den Strömungs- bzw. F1usspfad 4-2 eingesetzt. Durch ein einstückiges bzw. integrales Verbinden durch ein Löten der Rippenstruktur 2a an einer Trennwand 4-1, welche einen Kühlwasserflusspfad 4-3 unterteilte, wurde ein laminierter Wärmetauscher 3, in welchem die gewellte Rippenstruktur 2a, welche im Wesentlichen dieselbe wie diejenige von Beispiel 1 war, in den Gasflusspfad 4-2 inkorporiert war, erhalten. Der erhaltenen laminierte Wärmetauscher 3 wurde einem Kühlleistungstest in dem EGR-Gas-Kühlsystem unter den selben Bedingungen wie jenen von Beispiel 1 unterworfen und dementsprechend wurden exzellente Ergebnisse, welche die selben wie jene von Beispiel 1 waren, bestätigt.
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Beispiel 4
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Das ebene bzw. flache Heizrohr 1, das in Beispiel 1 verwendet wurde, wurde hergestellt bzw. vorbereitet. Als eine gewellte Rippenstruktur 2b, die an der Innenumfangsoberfläche des Heizrohrs 1 vorgesehen bzw. zur Verfügung gestellt ist, wurde durch ein Festlegen der Wellenbreite H der kanalförmigen Wellenform auf 3,5 mm und Festlegen bzw. Einstellen der Wellenlänge L der mäandrierenden Wellenform auf 20,5 mm bestätigt, dass das Verhältnis H/L der Wellenbreite H zu der Wellenlänge L der mäandrierenden Wellenform 0,171 war, was innerhalb der unteren Grenze des spezifizierten Bereichs von 0,17 bis 0,20 lag. Auch wurde die Rippenstruktur 2b in diesem Beispiel so eingestellt, dass zusätzlich zu dem obigen Erfordernis die Amplitude A der Welle, die in 2 gezeigt ist, auf 4,2 mm festgelegt wurde, und das Verhältnis (G/H) des Spalts G, der durch den Unterschied zwischen der Wellenbreite H und der Amplitude A zu der Wellenbreite H der Kanalform bestimmt wurde, nämlich den Unterschied (H – A), war in dem oberen Grenzbereich selbst in dem Bereich von –0,21 bis 0,19. Weiterhin wurde an dem Scheitel der Wellenform, die in der Längsrichtung mäandrierend ausgebildet ist, die in 2 gezeigt ist, ein Krümmungsradius von 6,0R ausgebildet, und es wurde eine Einstellung so gemacht, dass der Krümmungsradius R basierend auf der Wellenbreite H der Kanalform in den minimalen Bereich von 1,7H bis 2H fällt.
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Beispiel 5
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Ein Wärmetauscherrohr 1c wurde auf dieselbe Weise wie in Beispiel 4 erhalten, wobei die obige Beschreibung weggelassen ist. Ein Kühlleistungstest an dem EGR-Gas-Kühlsystem wurde unter denselben Bedingungen wie jenen von Beispiel 1 durchgeführt und dementsprechend resultierend wurden exzellente Ergebnisse bestätigt, welche dieselben wie jene von Beispiel 4 waren.
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Beispiel 6
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Eine gewellte Rippenstruktur 2d, die dieselbe Konstruktion wie jene von Beispiel 1 aufweist, mit der Ausnahme, dass ein Kerbenabschnitt 2d-4 in einem gekrümmten Seitenwandabschnitt 2d-3 der gewellten Rippenstruktur 2d ausgebildet war, so dass das Fluid zwischen den benachbarten Fluidflusspfaden fließen konnte, wie dies in 6 gezeigt ist, wurde ausgebildet. Die Rippenstruktur 2d wurde in das ebene Heizrohr in derselben Weise wie in Beispiel 1 inkorporiert, wodurch ein Wärmetauscherrohr 1d dieses Beispiels erhalten wurde. Ein Kühlleistungstest in dem EGR-Gas-Kühlsystem wurde unter denselben Bedingungen wie jenen von Beispiel 1 ausgeführt, dementsprechend wurden exzellente Ergebnisse bestätigt, welche dieselben wie jene von Beispiel 1 waren.
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INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
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Wie dies aus den oben beschriebenen Beispielen ersichtlich ist, ist das Wärmetauscherrohr in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ein ebenes bzw. flaches Rohr, das eine im Wesentlichen elliptische Querschnittsform oder eine im Wesentlichen rechteckige bzw. rechtwinkelige Querschnittsform aufweist. Die gewellte Struktur bzw. Wellrippenstruktur, welche eine kanalförmige Wellenform aufweist, die einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt aufweist, und eine gekrümmte Oberfläche besitzt, die die Wellenform mit einer vorbestimmten Wellenlänge in der Längsrichtung mäandrierend ausbildet, ist einstückig bzw. integral in dem Flusspfad des gekühlten Mediums, wie dem EGR Gas auf der Innenumfangsoberfläche des ebenen Rohrs inkorporiert bzw. aufgenommen, wodurch das Wärmetauscherrohr ausgebildet ist bzw. wird. Für das Heizrohr in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ist die inkorporierte gewellte Rippenstruktur so konfiguriert, dass, wenn die Wellenbreite der Kanalform H sein soll und die Wellenlänge der Mäandrierung L sein soll, das Verhältnis H/L innerhalb des Bereichs von 0,17 bis 0,20 liegt, als das Basiserfordernis, und zusätzlich das Verhältnis G/H des Spalts G, der durch einen Unterschied bzw. eine Differenz (H – A) zwischen der Wellenbreite H und der Amplitude A der Mäandrierung zur Wellenbreite H bestimmt ist bzw. wird, innerhalb des Bereichs von –0,21 bis 0,19 liegt, und der Krümmungsradius R in dem Bereich von 1,7H bis 2H an dem Scheitel der Mäandrierung als zusätzliche Erfordernisse ausgebildet ist. Durch das Wärmetauscherrohr in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung, das wie oben beschrieben konstruiert ist, sichert das Hochtemperaturabgas, wie beispielsweise EGR Gas, das in dem Heizrohr fließt bzw. strömt, eine exzellente Wärmeübergangsleistung und einen niedrigeren Druckverlust, und in dem Abgaskühlsystem wird die Wärmeaustauschleistung, welche das Kühlsystem aufweist, auf das Maximum gebracht, so dass eine hohe Kühleffizienz bzw. -wirkung erhalten werden kann, was stark zu einer Energieeinsparung beiträgt. Auch kann das Heizrohr in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung durch ein sehr einfaches Herstellungsverfahren, beinhaltend die inkorporierte gewellte Rippenstruktur, hergestellt werden und der erhaltene Effekt ist bemerkenswert groß trotz der Tatsache, dass die Mittel für ein Installieren des Heizrohrs in dem Wärmetauscher leicht sind. Daher wird erwartet, dass der Schalen- und Rohr-Typ-Wärmetauscher, der mit dem Heizrohr zusammengepasst ist, weit verbreitet als ein Wärmetauscherrohr in seinem technischen Gebiet verwendet werden wird, da das EGR-Gas-Kühlsystem usw. klein in der Größe und leicht im Gewicht bei niedrigen Kosten gemacht werden kann.