ОХЛАДИТЕЛЬ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ
EXHAUST GAS COOLER

Настоящее изобретение относится к охладителю отработавших газов, содержащему наружный корпус и расположенную в нем вставку теплообменника согласно ограничительной части п.1 формулы изобретения, а также к двигателю внутреннего сгорания согласно п.9 формулы, содержащему охладитель (1) отработавших газов по одному из пп.1-8.
Из DE 102008011557 A1 известен типовой охладитель отработавших газов, содержащий вставку теплообменника с несколькими пакетами теплообменника, включенными между областью притока и областью оттока отработавших газов. Эти пакеты теплообменника включают в себя охлаждающие трубы с охлаждающими ребрами, при этом вставка теплообменника окружена внутренним корпусом, боковые стенки которого расположены на расстоянии от перфорированных боковых стенок вставки теплообменника. Между замкнутыми боковыми стенками вставки теплообменника и примыкающими боковыми стенками корпуса предусмотрены проходящие под углом направляющие каналы для проведения охлаждающего средства от подвода охлаждающего средства через отдельные пакеты теплообменника к отводу охлаждающего средства. При помощи известного охладителя отработавших газов должно, в частности, предотвращаться чрезмерное нагревание корпуса.
Из DE 102008011558 A1 известен теплообменник, расположенный в корпусе вставки теплообменника и содержащий несколько пакетов теплообменника, включенных между областью притока и областью оттока отработавших газов. Они включают в себя направляющие с охлаждающими ребрами и имеют расположенные со стороны периферии охлаждающих труб выдавленные из плоскостей охлаждающих ребер турбулизаторы в форме лотков. Благодаря этому, в частности, обеспечена возможность особенно эффективного теплообмена.
В охладителях отработавших газов известного типа зачастую возникают экстремально высокие тепловые нагрузки, вследствие чего срок службы, в частности наружного корпуса, ограничен.
Поэтому в настоящем изобретении поставлена задача предложить для типового охладителя отработавших газов улучшенный или по меньшей мере альтернативный вариант выполнения, в котором, в частности, может индивидуально устанавливаться температурный режим.
Согласно изобретению эта задача решена посредством предметов независимых пунктов формулы изобретения. Благоприятные варианты выполнения являются предметом зависимых пунктов формулы изобретения.
Настоящее изобретение основано на общей идее не оставлять наружный корпус охладителя отработавших газов не охлажденным, как прежде, а активно охлаждать его при помощи отдельного второго циркуляционного контура охлаждения и благодаря этому уменьшать возникающие там градиенты температуры и связанные с ними температурные напряжения. При этом охладитель отработавших газов согласно изобретению имеет наружный корпус и расположенную в нем вставку теплообменника, которая во внутреннем корпусе содержит обтекаемые отработавшими газами в поперечном направлении трубы, через которые протекает охлаждающее средство первого циркуляционного контура охлаждения. При этом существенным для изобретения является то, что наружный корпус охлаждается вторым циркуляционным контуром охлаждения, который является отдельным от первого циркуляционного контура охлаждения. При этом второй циркуляционный контур охлаждения служит в общем для охлаждения наружного корпуса и, следовательно, для уменьшения возникающих там температурных напряжений. Таким образом, при помощи охладителя отработавших газов согласно изобретению может быть существенно повышен расчетный срок службы, так как вызываемые температурными напряжениями нагрузки материала становятся значительно меньшими. Несмотря на это, охладитель отработавших газов согласно изобретению обладает высокой удельной мощностью и компактной конструкцией, вследствие чего он может быть смонтирован в современных двигательных отсеках двигателей внутреннего сгорания, которые обычно часто являются весьма стесненными. Кроме того, благодаря отдельному второму циркуляционному контуру охлаждения для охлаждения наружного корпуса температура охладителя отработавших газов может лучше и, в частности, более гибко регулироваться как в области вставки теплообменника, так и в области наружного корпуса. При этом замкнутый внутренний корпус и наружный корпус могут совместно образовывать каналы для второго циркуляционного контура охлаждения, или же наружный корпус может быть выполнен, по меньшей мере на отдельных участках, с двойными стенками и посредством этого образовывать такие каналы для второго циркуляционного контура охлаждения.
В одном выгодном усовершенствовании предложенного в изобретении решения первый и второй циркуляционные контуры охлаждения включены параллельно друг другу. В частности, при параллельном включении возможно выполнение первого и второго циркуляционных контуров охлаждения в виде отдельных циркуляционных контуров, и благодаря этому, в частности, установление различных температурных режимов. При этом поток охлаждающего средства может подвергаться разделению уже в подводе охлаждающего средства, при этом одна часть протекает через трубы, а другая часть - вдоль наружного корпуса. Возможно также, что поток охлаждающего средства подвергают разделению в подводе охлаждающего средства, и при этом одна часть протекает через определенное количество труб вставки теплообменника, а другая часть - вдоль наружного корпуса, а затем через остальные трубы. Равным образом возможно то, что поток охлаждающего средства подвергают разделению в подводе охлаждающего средства, а затем одна часть протекает через определенное количество труб, а другая часть - через остальное количество труб, и после этого вдоль наружного корпуса. Уже это перечисление позволяет понять, как разнообразно и, таким образом, гибко могут устанавливаться направления потоков обоих циркуляционных контуров охлаждения в охладителе отработавших газов согласно изобретению. Таким образом, благодаря двум отдельным циркуляционным контурам охлаждения не только может устанавливаться температурный режим наружного корпуса, отличающийся от труб вставки теплообменника, но и возможно установление различных температурных режимов различных областей вставки теплообменника.
Следующие важные признаки и преимущества изобретения вытекают из зависимых пунктов формулы изобретения, из чертежей и относящегося к ним описания.
Понятно, что упомянутые выше и дополнительно поясняемые ниже признаки применимы не только в соответственно указанной комбинации, но и в других комбинациях или поодиночке, не выходя за рамки настоящего изобретения.
Предпочтительные варианты выполнения изобретения представлены на чертежах и подробнее поясняются в последующем описании, при этом одинаковые номера позиций относятся к одинаковым или аналогичным, или к функционально одинаковым конструкционным элементам.
На чертежах схематически показано:
фиг.1 - охладитель отработавших газов со смонтированным наружным корпусом, без смонтированного наружного корпуса и без смонтированного внутреннего корпуса,
фиг.2 - возможное проведение потока в первом циркуляционном контуре охлаждения,
фиг.3 - изображение, аналогичное фиг.2, с прохождением потока второго циркуляционного контура охлаждения,
фиг.4 - изображение охладителя отработавших газов согласно изобретению в поперечном сечении,
фиг.5 - изображение, аналогичное фиг.2, с обоими циркуляционными контурами охлаждения,
фиг.6 - изображение, аналогичное фиг.5, с дополнительным возможным проведением потока первого и второго циркуляционных контуров охлаждения,
фиг.7 - возможное проведение потока первого циркуляционного контура охлаждения,
фиг.8 - возможное проведение потока второго циркуляционного контура охлаждения.
В соответствии с фиг.1-8 охладитель 1 отработавших газов согласно изобретению имеет наружный корпус 2 с расположенной в нем вставкой 3 теплообменника. Вставка 3 теплообменника содержит во внутреннем корпусе 4 обтекаемые отработавшими газами в поперечном направлении трубы 5, через которые протекает охлаждающее средство первого циркуляционного контура 11 охлаждения. При этом внутренний корпус 4 обычно имеет впускной и выпускной диффузоры 6, 7, а также две боковые стенки 8. Чтобы уменьшить температурную нагрузку, в частности на наружный корпус 2, и одновременно иметь возможность реализации гибкого и индивидуального охлаждения, в предложенном в изобретении решении предусмотрено, что по меньшей мере области наружного корпуса 2, в частности боковые стенки 8, охлаждаются вторым циркуляционным контуром 10 охлаждения, который является отдельным от первого циркуляционного контура 11 охлаждения. При этом внутренний корпус 4 и наружный корпус 2 могут совместно образовывать каналы 9 для второго циркуляционного контура 10 охлаждения, или же наружный корпус 2 по меньшей мере на отдельных участках может быть выполнен с двойными стенками (сравни фиг.4) и вследствие этого образовывать каналы 9 для второго циркуляционного контура 10 охлаждения. Отработавшие газы протекают через охладитель 1 отработавших газов в продольном направлении. Сами трубы 5 соответственно охвачены со стороны продольных концов двумя трубными решетками 12. Разумеется, возможно также, что трубы 5 выполнены не прямолинейными, а U-образными, как это, например, показано на фиг.6, так что в этом случае требуется лишь одна трубная решетка 12 для охвата труб 5. Благодаря активному охлаждению наружного корпуса 2 уменьшаются возникающие в нем градиенты температуры, и вследствие этого также уменьшается температурная нагрузка на наружный корпус 2. Благодаря раздельному выполнению обоих циркуляционных контуров 11, 10 охлаждения могут быть созданы возможности индивидуального установления температурных режимов, которые не были обеспечены при помощи традиционных охладителей отработавших газов.
При этом снаружи на внутреннем корпусе 4 и/или внутри на наружном корпусе 2 могут быть расположены перемычки или ребра 13, которые соответственно образуют стенки каналов 9 для второго циркуляционного контура 10 охлаждения. При этом в общем случае первый циркуляционный контур 11 охлаждения и второй циркуляционный контур 10 охлаждения могут быть включены параллельно друг другу, как это, например, показано на фиг.6.
Если рассматривать фиг.2, то можно понять, что поток 14 охлаждающего средства, начиная от впуска 15 охлаждающего средства, протекает прежде всего через часть труб 5 в форме меандра вплоть до выпуска 16 охлаждающего средства. При этом в области впуска 15 охлаждающего средства расположен разделитель 17, который разделяет поток 14 охлаждающего средства на первый и второй циркуляционные контуры 11, 10 охлаждения. При этом на фиг.2 показан первый циркуляционный контур 11 охлаждения, в то время как на фиг.3 показан второй циркуляционный контур 10 охлаждения, который прежде всего охлаждает наружный корпус 2, а затем протекает через часть труб 5 вплоть до выпуска охлаждающего средства. Таким образом, фиг.2 и 3 связаны друг с другом, при этом поток 14 охлаждающего средства, отклоняемый разделителем 17 во второй циркуляционный контур 10 охлаждения, вначале протекает через каналы 9 второго циркуляционного контура 10 охлаждения и лишь затем направляется через соответствующее отверстие 18 в области впускного диффузора 6 посредством крышки 19 через трубы 5 к выпуску 16 охлаждающего средства.
Если рассматривать фиг.5, то можно понять, что первый циркуляционный контур 11 охлаждения протекает через два пакета теплообменников, а второй циркуляционный контур 10 охлаждения протекает через наружный корпус 2 и третий пакет теплообменников.
На фиг.6 осуществлен поворот потока 14 охлаждающего средства в области первого циркуляционного контура 11 охлаждения при помощи U-образных труб 5. При этом первый и второй циркуляционные контуры 10, 11 охлаждения проходят параллельно друг другу. На фиг.7 показан следующий путь протекания первого циркуляционного контура 11 охлаждения, а на фиг.8 показан путь протекания второго циркуляционного контура 10 охлаждения, который служит для охлаждения наружного корпуса 2.
Благодаря предложенному в изобретении активному охлаждению наружного корпуса 2 могут быть, в частности, уменьшены градиенты температуры и, таким образом, температурные нагрузки на наружный корпус 2, вследствие чего тепловая нагрузка в общей сложности уменьшается, и благодаря этому срок службы может повышаться. При этом охлаждение наружного корпуса 2 может осуществляться через каналы 9, которые, например, образованы при помощи ребер или перемычек 13 как внутреннего корпуса 4, так и наружного корпуса 2, и/или посредством выполнения наружного корпуса 2 с двойными стенками, как это показано, например, на фиг.4.
Благодаря выполненным отдельно друг от друга циркуляционным контурам 11, 10 охлаждения может достигаться индивидуальное охлаждение, которое является особенно гибким, если оба циркуляционных контура 11, 10 охлаждения выполнены совершенно отдельными друг от друга и не разделены только разделителем 17 на впуске охлаждающего средства. При полном разделении обоих циркуляционных контуров 11, 10 охлаждения они могут иметь совершенно различные температуры и благодаря этому осуществлять индивидуальное охлаждение различных областей охладителя 1 отработавших газов. Например, температура охлаждающего средства в первом циркуляционном контуре 11 охлаждения может быть ниже, чем во втором циркуляционном контуре 10 охлаждения, вследствие чего благодаря горячим отработавшим газам может достигаться установление равномерного температурного режима охладителя 1 отработавших газов.