Теплообменник - RU2608798C2

Чертежи

Описание

Изобретение относится к теплообменнику согласно ограничительной части пункта 1 формулы изобретения и устройству для отвода и охлаждения отработавших газов двигателя внутреннего сгорания согласно ограничительной части пункта 14 формулы изобретения.

Теплообменники, в частности теплообменники для отработавших газов, используются для различного применения для передачи тепла от первой текучей среды ко второй текучей среде. При этом как первая, так и вторая среда текут через теплообменник, и тепло при этом передается от первой текучей среды ко второй текучей среде или наоборот. В теплообменнике для отработавших газов отработавшие газы в качестве первой текучей среды пропускаются через множество труб, образованных в виде плоских труб. Вокруг плоских труб при этом в качестве второй текучей среды пропускается охлаждающая жидкость. Таким образом, тепло передается от горячих отработавших газов охлаждающей жидкости, и при этом отработавшие газы охлаждаются.

Теплообменники имеют в общем корпус, два днища с отверстиями, а также множество труб, концы которых расположены в днищах. Трубы с обоими днищами при этом расположены внутри корпуса, так что в теплообменнике образуются первый проточный канал в трубах для отработавших газов и второй проточный канал между трубами для охлаждающей жидкости. Элементы теплообменника состоят при этом, в общем, из металла, в частности алюминия или нержавеющей стали, и преимущественно соединены друг с другом со связью материалом с помощью пайки.

Из DE 102005005190 А1 известно устройство радиатора рециркуляции отработавших газов с корпусом, в котором расположена зона теплообмена, и исполнительным механизмом для регулирования потока отработавших газов через зону теплообмена и/или обводным каналом. Корпус в продольном направлении устройства радиатора рециркуляции отработавших газов образован цельным, причем исполнительный механизм расположен в корпусе.

ЕР 1922520 В1 показывает теплообменник для отработавших газов с пучком труб из выпускных трубопроводов и обводным каналом. Через корпус может пропускаться жидкое охлаждающее средство, причем пучок труб и обводной канал впадают соответственно в общую область входа отработавших газов, в которой расположен выпускной клапан для управления потоком отработавших газов через пучок труб или обводной канал, причем обводной клапан образован трубой из нержавеющей стали с облицовкой из стойкого к высоким температурам синтетического материала и в которой расположен корпус, способный пропускать охлаждающее средство.

DE 112007001061 Т5 показывает теплообменник, имеющий: первый проход для текучей среды, проходящий между первым впускным подсоединением и первым выпускным подсоединением; второй проход для текучей среды, проходящий между вторым впускным подсоединением и вторым выпускным подсоединением, причем первый и второй проходы для текучей среды взаимно уплотнены; по меньшей мере, одну поверхность теплообмена, через которую первый и второй проходы для текучей среды находятся в связи по теплообмену друг с другом; и по меньшей мере, один электрод, который расположен во втором проходе для текучей среды, причем, по меньшей мере, один электрод соединен с источником напряжения, который во время работы теплообменника подает напряжение на, по меньшей мере, один электрод, и причем напряжение достаточной величины, чтобы создать нетермическую плазму во втором проходе для текучей среды.

Задача настоящего изобретения заключается в создании теплообменника и устройства для отвода и охлаждения отработавших газов двигателя внутреннего сгорания, которое соответственно является простым и недорогим в изготовлении и обеспечивает надежную работу теплообменника, в частности, имеет достаточную герметичность.

Эта задача решается посредством теплообменника, в частности, теплообменника для отработавших газов или теплообменника для наддувочного воздуха, включающего корпус с кожухом, первым днищем и вторым днищем с отверстиями, трубы в качестве первого проточного канала для пропуска первой текучей среды, в частности, отработавших газов, концы которых расположены в или у отверстий первого и второго днища, трубы и первое/или второе днище расположены внутри корпуса, так что между корпусом и трубами образуется второй проточный канал для пропуска второй текучей среды, в частности, охлаждающей жидкости, первое впускное отверстие для первой текучей среды, первое выпускное отверстие для первой текучей среды, второе впускное отверстие для второй текучей среды, второе выпускное отверстие для второй текучей среды, первый диффузор для впуска первой текучей среды в трубы, второй диффузор для выпуска первой текучей среды из труб, причем первый и/или второй диффузор образован цельно с корпусом. Первый и/или второй диффузор образован цельно с корпусом, т.е. кожухом корпуса, так что благодаря этому для первого или второго диффузора не нужно никаких дополнительных конструктивных элементов. Благодаря этому теплообменник может изготавливаться проще и дешевле, так как не требуются дополнительные соединения с помощью сварки или пайки между первым и/или вторым диффузором и корпусом, соответственно кожухом корпуса.

В частности, теплообменник не имеет никакого исполнительного органа, например, клапана для управления и/или регулирования количества первой текучей среды, пропускаемого через первый проточный канал, и/или теплообменник не имеет никакого обводного канала для направления первой текучей среды вокруг труб.

В другом варианте исполнения теплообменник не имеет электрода, например, для создания преимущественно нетермической плазмы. Целесообразно теплообменник не имеет никакого электрода, который соединен с источником напряжения, так что во время работы теплообменника никакое напряжение не передается на электроды. Таким образом, теплообменник не пригоден для обработки первой текучей среды, в частности, отработавших газов, в частности, путем создания нетермической плазмы.

В дополнительной форме осуществления диаметр первого и/или второго диффузора перпендикулярно к продольной оси труб соответствует в основном диаметру кожуха корпуса перпендикулярно к продольной оси труб, преимущественно соответственно в одинаковом направлении перпендикулярно к продольной оси труб. В основном это означает, что диаметр первого и/или второго диффузора отличается только разницей менее чем 30, 20, 10, 5 или 2% от диаметра кожуха корпуса. При этом диаметр кожуха корпуса фиксируется или измеряется в области первого и/или второго днища.

Преимущественным образом первый диффузор закрыт первой крышкой и/или второй диффузор закрыт второй крышкой. Первый и/или второй диффузор в поперечном сечении образован аналогично кожуху корпуса, так как первый и/или второй диффузор образован цельно с кожухом корпуса. В первом и/или втором диффузоре образованы впускное и выпускное отверстия для первой текучей среды, так что первый и/или второй диффузор предназначен для образования впускного и/или выпускного отверстия для первой текучей среды с существенно меньшей площадью поперечного сечения потока, чем площадь поперечного сечения потока первого и/или второго диффузора.

В другом варианте первое впускное отверстие образовано в первой крышке или первом диффузоре, и преимущественно в первой крышке с первым впускным отверстием образован первый впускной патрубок и/или первое выпускное отверстие образовано во второй крышке или втором диффузоре, и преимущественно во второй крышке с первым выпускным отверстием образован выпускной патрубок. С помощью первого впускного патрубка или первого выпускного патрубка отработавшие газы могут особенно просто направляться в теплообменник и выводиться из теплообменника, соответственно трубопровод может особенно просто соединяться с первым впускным или выпускным патрубком.

Целесообразно выполнять второе впускное отверстие и/или второе выпускное отверстие в корпусе и у второго впускного и/или выпускного отверстия располагать преимущественно отфрезерованный или подвергнутый глубокой вытяжке патрубок, и преимущественно при предварительном натяжении патрубок соединен с корпусом у второго впускного и/или выпускного отверстия и преимущественно патрубок непроницаемо для текучей среды соединен с корпусом с уплотнением, в частности, кольцевым уплотнением с резиновым кольцом круглого поперечного сечения. Предварительное натяжение между патрубком и корпусом образовано в основном преимущественно перпендикулярно или параллельно к направлению потока второй текучей среды, проходящей через впускное и/или выпускное отверстие. При этом при изготовлении патрубок вставляется в отверстие, т.е. впускное или выпускное отверстие в кожухе корпуса, и затем с помощью накатного инструмента создается предварительное натяжение между патрубком и корпусом, а также преимущественно изготавливается бортик, чтобы получить большую опорную поверхность между патрубком и корпусом.

В другой форме осуществления в корпусе образовано второе впускное отверстие и/или второе выпускное отверстие, и у второго впускного и/или выпускного отверстия образован эластичный патрубок, в частности, резиновый патрубок. На впускном и/или выпускном отверстии при изготовлении преимущественно с помощью глубокой штамповки создается вытяжка, и затем во впускное и/или выпускное отверстие для второй текучей среды, в частности охлаждающей жидкости, вставляется эластичный патрубок. Между корпусом соответственно кожухом корпуса и эластичным патрубком расположена водосборная накладка, так что благодаря этому эластичный патрубок находится под предварительным натяжением соответственно обжатием между водосборной накладкой и кожухом корпуса у впускного и/или выпускного отверстия для второй текучей среды и обеспечено непроницаемое для текучей среды соединение с помощью эластичного патрубка.

В частности, элементы теплообменника спаяны и/или сварены друг с другом и/или элементы теплообменника состоят, по меньшей мере, частично, в частности, полностью, из металла, преимущественно алюминия или нержавеющей стали. К элементам теплообменника относится, например, корпус, т.е. кожух корпуса, первое и/или второе днище, трубы, первая и/или вторая крышка, первый и/или второй впускной патрубок и/или патрубок.

В дополнительном варианте первое впускное отверстие для первой текучей среды, в частности, отработавших газов, образовано в первом диффузоре и/или первое выпускное отверстие для первой текучей среды, в частности, отработавших газов, образовано во втором диффузоре.

Целесообразно, что в первом проточном канале внутри первого и/или второго диффузора расположены отклоняющие пластины.

Предложенное в соответствии с изобретением устройство для отвода и охлаждения отработавших газов двигателя внутреннего сгорания, в частности, дизельного двигателя, включающее трубопровод для отработавших газов, преимущественно с турбиной, работающей на отработавших газах, трубопровод для наддувочного воздуха с приводимой в действие турбиной, работающей на отработавших газах, компрессором для наддувочного воздуха, трубопровод рециркуляции отработавших газов для направления отработавших газов из трубопровода для отработавших газов к трубопроводу наддувочного воздуха, теплообменник для отработавших газов для охлаждения отработавших газов в трубопроводе рециркуляции отработавших газов и/или теплообменник для наддувочного воздуха для охлаждения наддувочного воздуха в трубопроводе для наддувочного воздуха в направлении потока воздуха после компрессора для наддувочного воздуха, преимущественно орган управления отработавшими газами для управления и/или регулирования количества отработавших газов, пропускаемого через трубопровод рециркуляции отработавших газов в единицу времени, и/или преимущественно орган управления наддувочным воздухом для управления и/или регулирования количества наддувочного воздуха, пропускаемого через трубопровод для наддувочного воздуха в единицу времени, причем теплообменник для отработавших газов и/или теплообменник для наддувочного воздуха образован в виде теплообменника, описанного в этой заявке на выдачу охранного документа.

В другом исполнении внутри труб расположены вкладыши для турбулентности. Вкладыши для турбулентности, например, направляющие щитки, служат для создания турбулентности в потоке первой текучей среды в трубах и для повышения теплопередачи от первой текучей среды ко второй текучей среде и наоборот.

В другом исполнении между трубами расположены ребра или вкладыши для турбулентности, т.е. внутри второго проточного канала, в частности, для охлаждающей жидкости. Благодаря этому должен достигаться по возможности турбулентный поток при обтекании труб второй текучей средой, в частности, охлаждающей жидкостью.

Ниже более подробно описываются со ссылкой на приложенные чертежи примеры осуществления изобретения. Где показывают:

фиг.1 - частичный разрез теплообменника в первом примере осуществления;

фиг.2 - изображение в деталях теплообменника согласно фиг.1;

фиг.3 - частичный разрез теплообменника во втором примере осуществления;

фиг.4 - частичный разрез теплообменника в третьем примере осуществления.

Теплообменник 1, образованный в качестве теплообменника 2 для отработавших газов, служит для охлаждения отработавших газов в качестве первой текучей среды с помощью охлаждающей жидкости. Теплообменник 2 для отработавших газов имеет при этом первый проточный канал 9 для пропуска первой текучей среды, а именно, отработавших газов. Второй проточный канал 10 для пропуска второй текучей среды, а именно, охлаждающей жидкости, служит для передачи тепла от отработавших газов охлаждающей жидкости и благодаря этому охлаждению отработавших газов (фиг.1, 3 и 4). Теплообменник 2 для отработавших газов при этом применяется в не показанном устройстве для отвода и охлаждения отработавших газов двигателя внутреннего сгорания, чтобы с помощью охлаждающей жидкости двигателя внутреннего сгорания охладить отработавшие газы из двигателя внутреннего сгорания и затем снова после охлаждения в теплообменнике для отработавших газов подвести в трубопровод для наддувочного воздуха для дальнейшего сжигания в камере сгорания двигателя внутреннего сгорания.

На фиг.1 и 2 изображен первый пример осуществления теплообменника 1. Теплообменник 2 для отработавших газов имеет множество труб 7, расположенных внутри кожуха 4 корпуса 3 теплообменника 2 для отработавших газов. Трубы 7 служат для пропуска отработавших газов, а промежуточное пространство, которое образуется внутри кожуха корпуса 4 и имеется снаружи труб 7, служит для пропуска охлаждающей жидкости в качестве второй текучей среды.

В представленном на фиг.1 продольном разрезе теплообменника 1 в первом примере осуществления изображена только в основном первая половина теплообменника 1 с первым впускным отверстием 11 для отработавших газов в качестве первой текучей среды и со вторым впускным отверстием 12 для второй текучей среды, а именно, охлаждающей жидкости. Другая, не представленная половина теплообменника 1 является при этом аналогичной изображенной на фиг.1 половине и в основном осесимметрична ей. Только второе выпускное отверстие (не изображено) для охлаждающей жидкости образовано не как второе впускное отверстие 12 для охлаждающей жидкости вверху, а второе выпускное отверстие для охлаждающей жидкости у второй, не изображенной половины теплообменника, образовано внизу в кожухе 4 корпуса (не показано). В обеих концевых областях кожуха 4 корпуса соответственно первое днище 5 и второе днище непроницаемы для текучей среды, соединены с кожухом 4 корпуса, например, с помощью сварки или пайки. Первое днище 5 и второе днище (не изображено) имеют при этом множество отверстий 6, и в отверстиях 6 трубы 7 непроницаемо для текучей среды соединены с первым днищем 5 и вторым днищем. Благодаря этому внутри кожуха 4 корпуса и снаружи труб 7, а также между первым днищем 5 и вторым днищем образуется второй проточный канал 10 для пропуска охлаждающей жидкости.

Кожух 4 корпуса удлинен в направлении продольной оси 8 труб 7 за первое днище 5 и второе днище, так что это удлинение кожуха 4 корпуса образует как первый диффузор 13, так и второй диффузор. Первый диффузор 13 закрыт первой крышкой 14 с первым впускным отверстием 11 и аналогичным образом второй диффузор (не изображен) закрыт второй крышкой с первым выпускным отверстием для отработавших газов. В первом впускном отверстии 11 для отработавших газов на первой крышке 14 закреплен первый впускной патрубок 15. Аналогичным образом на второй крышке у первого выпускного отверстия для отработавших газов закреплен первый выпускной патрубок (не изображен). Благодаря этому между первым диффузором 13 и первой крышкой 14, а также первым днищем 5 образуется первый проточный канал 9 для отработавших газов, и в это пространство отработавшие газы направляются через впускное отверстие 11. Затем через это пространство отработавшие газы могут поступать во множество труб 7 и после прохождения отработавших газов через трубы 7 отработавшие газы поступают в пространство, замкнутое вторым диффузором и второй крышкой, а также вторым днищем, и затем выходят из первого выпускного отверстия на второй крышке. Во втором впускном отверстии 12 для охлаждающей жидкости расположен патрубок для охлаждающего средства 22, например, в частности, припаян, и у не изображенного второго выпускного отверстия для охлаждающей жидкости аналогичным образом расположен другой патрубок для охлаждающего средства.

В отличие от исполнения первого впускного отверстия 11 для отработавших газов в первой крышке 14 первая крышка 14 может не иметь никакого впускного отверстия 11 и в отличие от этого впускное отверстие 11 может быть образовано в примерно четырех различных областях первого диффузора 13. Эти впускные отверстия 11 изображены на фиг.2 пунктирной линией. Это исполнение впускных отверстий 11 на первом диффузоре 13, соответственно удлинении кожуха корпуса 4, которое образует первый диффузор 13, действительно также аналогично для исполнения первого выпускного отверстия на не изображенном втором диффузоре.

На фиг.3 изображен второй пример осуществления теплообменника 1. Ниже описываются в основном только отличия от первого примера осуществления согласно фиг.1 и 2. Во втором впускном отверстии 12 для охлаждающей жидкости расположен патрубок 16 из металла, например, алюминия или нержавеющей стали. Для крепления патрубка 16 во впускном отверстии 12 изготовленный с помощью фрезерования или глубокой вытяжки патрубок 16 вдвигается в это второе впускное отверстие 12, и затем с помощью накатного инструмента как на наружной стороне кожуха 4 корпуса, так и на внутренней стороне кожуха 4 корпуса изготавливается бортик. Дополнительно благодаря соединению между патрубком 16 и кожухом 4 корпуса в области второго впускного отверстия 12 с помощью накатного инструмента создается предварительное натяжение между патрубком 16 и кожухом корпуса 4. Далее на патрубке 16 образована кольцевая канавка и внутри кольцевой канавки расположено уплотнение, выполненное в виде кольцевого уплотнения 19 из резинового кольца круглого сечения. Благодаря предварительному натяжению между патрубком 16 и кожухом 4 корпуса уплотнение 19 из резинового кольца круглого сечения находится под предварительным натяжением сжатия на наружной стороне кожуха 4 корпуса и благодаря этому обеспечивает длительное и непроницаемое для текучей среды уплотнение патрубка 16 относительно кожуха 4 корпуса. Это исполнение патрубка 16 для впускного отверстия 12 действительно аналогичным образом также для патрубка 16 во втором выпускном отверстии для охлаждающей жидкости (не изображено).

На фиг.4 представлен третий пример осуществления теплообменника 1. Ниже описываются только отличия по отношению к первому примеру осуществления согласно фиг.1 и 2. В кожухе 4 корпуса в области второго впускного отверстия 12 для охлаждающей жидкости образована вытяжка 21, изготовленная, например, с помощью глубокой штамповки. Во второе впускное отверстие 12 вставлен эластичный патрубок 20. На эластичном патрубке 20 лежит водосборная накладка 23 транспортного средства. При этом эластичный патрубок 20 предварительно упруго натянут между водосборной накладкой 23 с отверстием и кожухом 4 корпуса в области вытяжки 21, так что благодаря этому с помощью эластичного патрубка 23 образовано непроницаемое для текучей среды соединение между водосборной накладкой 23 и кожухом 4 корпуса. Вытяжка 21 после глубокого штампования может калиброваться также с помощью накатного способа, т.е. может достигаться более высокая точность изготовления вытяжки 21. Преимущественно при этом второе выпускное отверстие (не изображено) для охлаждающей жидкости образовано аналогичным образом с эластичным патрубком 20, как изображенное на фиг.4 второе впускное отверстие 12.

В итоге анализ показывает, что с предложенным в соответствии с изобретением теплообменником 1 и предложенным в соответствии с изобретением устройством для отвода и охлаждения отработавших газов двигателя внутреннего сгорания связаны существенные преимущества. Теплообменник 1 без исполнительного органа для отработавших газов и без электрода имеет кожух 4 корпуса в качестве корпуса 3, который образует как первый диффузор 13, так и второй диффузор, так как кожух 4 корпуса образован с удлинением за первое днище 5 и второе днище. Благодаря этому при изготовлении теплообменника могут экономиться средства, так как не нужны никакие дополнительные конструктивные элементы для первого диффузора 13 и второго диффузора. Кроме того, также не нужно никакого соединения, в частности, соединения с помощью пайки или сварки, между первым диффузором 13 и вторым диффузором, а также кожухом 4 корпуса.

Перечень позиций

1 Теплообменник

2 Теплообменник для отработавших газов

3 Корпус

4 Кожух корпуса

5 Первое днище

6 Отверстия в днище

7 Трубы

8 Продольная ось труб

9 Первый проточный канал для отработавших газов

10 Второй проточный канал для охлаждающей жидкости

11 Первое впускное отверстие для отработавших газов

12 Второе впускное отверстие для охлаждающей жидкости

13 Первый диффузор

14 Первая крышка

15 Первый впускной патрубок

16 Патрубок

17 Бортик

18 Уплотнение

19 Кольцевое уплотнение с резиновым кольцом круглого поперечного сечения

20 Эластичный патрубок

21 Вытяжка

22 Патрубок для охлаждающего средства

23 Водосборная накладка

Реферат

Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания для теплообмена отработавших газов двигателя или для теплообмена надувочного воздуха, подаваемого в двигатель. Теплообменник (1), включающий в себя корпус (3) с кожухом (4) корпуса, первое днище (5) и второе днище с отверстиями (6), трубы (7), первое впускное отверстие (11) для первой текучей среды, первое выпускное отверстие для первой текучей среды, второе впускное отверстие (12) для второй текучей среды и второе выпускное отверстие для второй текучей среды. Теплообменник имеет также первый диффузор (13) для направления первой текучей среды в трубы (7) и второй диффузор для вывода первой текучей среды из труб (7). Трубы (7) образуют первый проточный канал (9) для пропуска первой текучей среды, в частности отработавших газов. Концы труб (7) расположены в или у отверстий (6) первого и второго днища (5). Трубы (7) и первое и/или второе днище (5) расположены внутри корпуса (3), так что между корпусом (3) и трубами (7) образуется второй проточный канал (10) для пропуска второй текучей среды, в частности охлаждающей жидкости. Первый и/или второй диффузор (13) образован цельно с корпусом (3) без дополнительных конструктивных элементов. Первый диффузор (13) закрыт первой крышкой (14). Второй диффузор закрыт второй крышкой. Первое впускное отверстие (11) образовано в первой крышке (14). В первой крышке (14) с первым впускным отверстием (11) образован первый впускной патрубок (15). Первое выпускное отверстие образовано во второй крышке. Во второй крышке с первым выпускным отверстием образован первый выпускной патрубок. Раскрыто устройство для отвода и охлаждения отработавших газов двигателя внутреннего сгорания, содержащее теплообменник. Технический результат

Формула