Wärmeaustauscher Die Erfindung bezieht sich auf einen Warineaus- tauscher, und zwar insbesondere auf einen Wärme- austauscher für Fahrzeuge, mit einem Gehäuse, das einen Einlass -und einen Auslass, für den Durchfluss zu erwärmender Luft durch das Gehäuse besitzt, einem Kanal, um ein wärmeabgebendes Strömungs, mittel durch das Gehäuse zu führen, wobei der Ka nal in dem Gehäuse angeordnet ist und von den Wänden des Gehäuses einen Abstand hat, und einer Anzahl Zapfen, die sich von der Aussenfläche des Kanals nach aussen erstrecken und an dieser Fläche befestigt sind.
Die bisher gebräuchlichen Kraftfahrzeugheizun gen oder Wärmeaustauscher waren insofern rächt zu- friedenstellend, als sie, eine, ausreichende Erwärmung des Fahrzeuginneren nicht bewirken konnten, ins besondere bei stehendem Fahrzeug mit leerlaufen dem Motor. Bei einigen dieser Heizungen wurden die heissen Auspuffgase des Antriebsmotors ausge nutzt; in diesen Austauschern konnte aber ein gros- ser Teil der in den Auspuffgasen enthaltenen Wärme nicht für die Erhitzung frischer Luft, die in das Fahrzeuginnere, geleitet wird, ausgenutzt werden.
Ein Problen-4 auf das die Hersteller von Wärme- austauschern für Kraftfahrzeuge mit Ausnutzung der heissen Auspuffgase gestossen sind, besteht in der Erzielung einer Gasdichtheit des Austauschers und in der Herbeifüh, rang einer starken Wärmeübertra gung von den Auspuffgasen auf die in das Fahrzeug innere geleitete Frischluft.
Es ist äusserst wichtig, dass die Insassen des Fahrzeuges nicht den Auspuff gasen des Motors ausgesetzt werden. Detnentspre- chend ist es unbedingt notwendig, dass der Wärme- austauscher gasdicht ist. Ini allgemeinen konnten bis her nur Wärmeaustauscher hergestellt werden, die entweder gasdicht waren, aber nur unzureichend er wärmte Luft lieferten, oder die ausreichend erwärmte Luft abgaben, aberj zur Bildung von Undichtheiten, neigten, durch die die Insassen giftigen Kohlenoxyd gasen ausgesetzt waren.
Der Wärmeaustauscher ist erfindungsgemäss da durch gekennzeichnet" dass der Kanal zwei Endteile und einen Mittelteil besitzt, der die beiden Endteile miteinander verbindet, wobei der eine Endteil mit einer Zuleitung für das wärmeabgebende Strömungs mittel und der andere Endt--il mit einer Ableitung für das genannte Strömungsmittel verbunden werden kann, dass der Mittelteil eine Aufnahmekammer, eine Auslasskammer und eine Verbindungskammer aufweist, dass die Verbindungskanuner die, Auf nahmekammer und die Auslasskammer miteinander verbindet,
die drei<U>Kammern</U> einen gewundenen Strö mungsweg für das warmeabgebende Strornungsmittel durch den Kanal bilden, die Aufnahmekammer an den Endteil, der mit der Zuleitung für das warme- abgebende Strömungsmittel verbunden werden kann, anschliesst, die Auslasskammer an den Endteil, <B>der</B> mit der Ableitung für das genannte StrömungsmIttel verbunden werden kann, anschliesst, die Aufnahme kammer eine gekrümmte Wand aufweist, die zumin- de,
st angenähert gegenüber dem Endteil angeordnet ist, der mit der Zuleitung für das wärineabgebende Strömungsmittel verbunden werden kann, und diese Wand an eine zu ihr schräg stehende Wand der Vex- bindungskammer anscbliesst, und dass<B>die</B> Auf nahmekammer gegenüber dem Endteil, der mit der ZuleÄtung für das wÜrmeabgebende Strömungsmittel und gcgenüber der Verhindungskammer so angeord net ist, dass dem wärineabgebenden,
durch den Kanal strornenden Strömungsmittel eine Wirbelung erteilt wird, derart, dass das Strömungsmittel beim Eintre ten in die Aufnahmekanurier auf deren gekrümmte Wand auftrifft, sodann in die Verbindungskammer umgelenkt wird und auf eine Wand der Verbin- dungskammer auftrifft, die der gekrümmten Wand der Aufnahmekammer gegenüberliegt, wobei die Wände der Auslasskammer zu den Wänden der Ver bindungskammer im Winkel angeordnet sind.
Durch den Warmeaustauscher nach der Erfin dung wird ein kräftiger Wärmeaustausch zwischen dem erhitzten Mittel, insbesondere<B>den</B> heissen Aus puffgasen eines Fahrzeugmotors, und- der anzuwär menden Luft, z. B. der in das Fahrzeuginnere einzu leitenden Frischluft, erzielt.
In der Zeichnung sind beispielsweise Ausfüh rungsformen des Erfindungsgegenstandes. dargestellt. Es zeigen<B>:</B> Fig. <B>1</B> eine- Seitenansicht einer Ausführungsform eines Wärmeaustauschers nach der Erfindung<B>;</B> Fig. 2 eine, Ansicht in Richtung der Pfeile II-II in Fig. <B>1</B> gesehen<B>;</B> Fig. <B>3</B> einen Schnitt entlang der Linie III-III in Fig. <B>1 ;</B> Fig. 4 eine.
Draufsicht auf den von den Auspuff gasen durchströmten Kanal genfäss Fig. <B>1,</B> in grös- serem Masstab<B>;</B> Fig. <B>5</B> eine Ansicht des Kanals nach Fig. 4 in Richtung-der Pfeile V-V in der Fig. 4 gesehen;
Fig. <B>6</B> in grösserein Masstab eine> Seitenansicht, teilweise im Schnitt, eines an dem Kanal genfäss Fig. 4 befestigten Zapfens, und Fig. <B>7</B> in gleicher Darstellung wie Fig. <B>6</B> eie Abwandlung des Zapfens nach Fig. <B>6.</B>
Wie in Fig. <B>1</B> und 2 gezeigt ist, besitzt der Wärmeaustauscher ein Gehäuse<B>1</B> mit einem Luft einlass 2 und einem Luftauslass<B>3.</B> Der Einlass 2 ist nahe dem Boden des Gehäuses<B>1</B> angeordnet, so dass die anzuwärmende Frischluft am Boden des Gehäuses<B>1</B> eintritt und um einen von dem Gehäuse <B>1</B> umgebenen Kanal 4, diesen berührend, herum nach oben fliesst. Der Lufteinlass <B>3</B> ist, wie, in den Fig. <B>1</B> und 2 gezeigt, in- der Nähe des oberen Teiles des Gehäuses<B>1</B> angeordnet und wird durch eine Klappe<B>5</B> gesteuert.
Mittels eines Hebels 6a kann eine Drossel klappe (nicht gezeigt) betätigt werden, die die Menge der durch den Lufteinlass 2 m das Gehäuse<B>1</B> em'm- leitenden Luft steuert. Die Strömung der Frischluft durch das Gehäuse<B>1</B> zum Innern des Fahrzeuges ist durch die Pfeile<B>6</B> -dargestellt.
Gemläss den Fig. <B>1</B> und 2 umschliesst das Ge häuse<B>1</B> den Kanal 4, deren Wände von den Ge häusewänden. einen Abstand aufweist mit Ausnahme derjenigen Stellen, an denen die beiden Enden<B>7</B> und <B>8</B> des Kanals 4 durch das Gehäuse<B>1</B> geführt sind. Die heissen Auspuffgase mindestens eines der Zylin der eines nicht dargestellten Fahrzeugmotors treten am oberen Ende<B>7</B> des Kanab 4 ein und fliessen durch diesen nach unten, wo sie am unteren Ende<B>8</B> aus dem Gehäuse<B>1</B> austreten. Der<U>Strömungsweg</U> der Auspuffgase ist durch die Pfeile<B>9</B> angedeutet.
Eine, Betrachtung der Fig. <B>1</B> zeigt, dass die heissen Auspuffgase. im Gegenstroin zu der Frischluft flies- sen, wobei diese durch Berührung der äusseren Wandflächen des Kanals 4 und der weiter unten zu beschreibenden Zapfen<B>10</B> erwärmt wird.
Wie in Fig. <B>3</B> gezeigt ist, sind eine Asbestdicht- scheibe <B>11,</B> ein mit einem Flansch verschener Ring 12 und eine Rohrschelle<B>13</B> über das obere Ende<B>7</B> des Kanals 4 geschoben. Diese Teile bewirken eine Dichtung des zwischen dem Gehäuse<B>1</B> und dem Ka nal 4 liegenden Raumes gegen aussen. Eine aus ähnlichen oder gleichen Teilen bestehende Anord nung bewirkt eine Abdichtung zwischen dem un teren Ende<B>8</B> des Kanals 4 und dem Gehäuse<B>1.</B>
In das obere Ende<B>7</B> des Kanals 4 ist ein mit Schlitz'en 14 versehenes Ende eines Rohres<B>15</B> einge schoben, durch das, die Auspuffgase dem Kanal 4 zugeführt werden. Die Rohrschelle<B>13</B> (Fig. <B>3)</B> um- fasst sowohl das Ende<B>7</B> des Kanals als auch das mit den Schlitzen 14 versehene Ende des Rohres <B>15</B> und bewirkt eine gasdichte Abdichtung zwischen diesen Teilen.
Das andere Ende des Kanals 4 ist mit einem Rohr<B>16</B> verschweisst, das den Kanal mit einem nicht dargestellten Auspufftopf verbindet.
Wie die Fig. 4 und<B>5</B> zeigen, besteht<B>der</B> Kanal 4 aus zwei Schalenhälften<B>17</B> und<B>18,</B> die miteinander verschweisst sind. Der Kanal ist in drei Abschnitte unterteilt. Die beiden Endabschnitte sind mit<B>19</B> und 20 bezeichnet, der sie, verbindende Mittelabschmtt m it 21. Die Schalenhälften<B>17</B> und<B>18</B> besitzen am Umfang Flansche 17a bzw. 18a' die sich über die ganze Länge der Schalenhälften erstrecken. Die Flan- sehe 17a und 18a sind dicht abschliessend aneinan der befestigt, so dass der Kanal 4 entsteht.
Der Nfit- telabschnitt 21 selbst umfasst drei TeilYäume, näm lich eine Aufnahinekammer 22 für die von den<B>Zy-</B> lindern des Motors kommenden heissen Auspuff gase, eine Auslasskammer <B>23</B> für die aus dem Kanal 4 in die Rohrleitung<B>16</B> strömenden heissen Aus puffgase und eine die Aufnahmekammer 22 und die Auslasskammer <B>23</B> schräg verbindende Verbindungs kammer 24.
Wie in den Fig. 4 und<B>5</B> gezeigt ist, besitzt die Aufnahmekammer 22 eine gekrümmteliintere Wand 22a, die zumindest angenähert gegenüber dem End- abschnitt <B>19</B> angeordnet ist. Diese Wand 22a schliesst an die zu ihr schräge Wand 24b der Ver bindungskammer 24 an. Wie Fig. <B>5</B> zeigt, besitzt die Verbindungskammer 24 einen verengten Teil 24c. Dieser begünstigt, wie noch beschrieben wird, die Wirbelwirkung auf die heissen Gase bei ihrem Durchströmen durch diesen Teil.
Die Wände der Auslasskammer <B>23,</B> die an die Wände der Verbin dungskammer 24 anschliessen, sind gegenüber den letztgenannten Wanden lin Winkel angeordnet.
Die heissen Auspuffgase, die in die Aufnahme kammer 22 eintreten, treffen auf deren hinter-, Wand 22a auf<B>;</B> sie werden sodann in die Verbin dungskammer 24 umgelenkt, wo sie auf deren vor dere, der vorerwähnten Wand 22a gegenüberliegende Wand 24a auftreffen; anschliessend strömen die Gase in die Auslasskammer <B>23,</B> wo sie die hintere Wand 23a dieser Kammer berühren.
Auf diese Weise wird eine WiTbelung der heissen Gase, bewirkt, und die Gase müssen durch einen gewundenen Strömungs weg fliessen, wobei ein grosser Teil der heissen Gase mit den Wänden des Kabels 4 in Berührung kommt, während die Auspuffgase durch die Aufnahme-<B> ,</B> Verbindungs- und Auslasskammer fliewen. Im Gan zen gesehen befinden sich die durch den Kanal 4 fliessenden heissen, Gase in einer ununterbrochenen Wirbelbewegung, so dass in dem Gas keine Schicht- bildung mit Schichten relativ kalten Gases in der Nähe der Kanalwand und Schichten heissen Gases in der Mitte des Kanals auftritt.
Auf diese Weise wird ein intensiver Wärmeaustausch zwischen den Gasen und der in das Gehäuse durch den Einlass 2 ein tretenden Frischluft bewirkt.
Eine Anzahl von Zapfen<B>10</B> (Fig. 4 und<B>5),</B> die auf die Aussenfläche<B>des</B> Mittclabschnittes 21 des Kanals 4 aufgeschweisst sind, vergrössert in starkem Masse die Wärmeaustauschfläche des Kanals und bewirkt somit einen guten Wärmeaustausch zwischen den Auspuffgasen und der Frischluft. Jeder Zapfen hat Rippen 10a und ist an der Aussenfläche des Mit telabschnittes 21 durch, Warzenschweissung befestigt. Bei der WarzenschweIssung wird ein starker elektri scher Stromstoss durch den Zapfen auf die Ober fläche des Kanals geleitet, und zwar kurz bevor der Zapfen die Oberfläche berührt.
Dieser Stromstoss bewirkt eine gute und starke Verschweissung zwi schen dem Zapfen und dem Kanal ohne Durchschla gen oder Beschädigen der Wände des Kanals.
Wie in Fig. <B>6</B> gezeigt ist, -ist gegenüber jedem Zapfen an der Innenfläche des Kanals eine Warze <B>25</B> vorgesehen, die durch Warzenschweissung erzeugt ist. Jede Warze verstärkt den Wärmeaustausch zwi- scheu den Auspuffgasen und der Frischluft.
Wenn heisse Gase durch eine, Rohrleitung, einen Kanal usw. fliessen, bilden sich in ihnen einzelne Lagen von kühlen Gasschichten, in der Nähe der Innenfläche der Leitung und Schichten verhält- nismässig heisser Gase in der Mitte der Leitung. Die kühlen Gasschichten stehen fast still oder fliessen mit geringer Geschwindigkeit (Laminarströmung) <B>;</B> sie isolieren infolgedessen die, Wände der Leitung von den heisseren Gasschichten und verhindern einen kräftigen Wärmeaustausch, zwischen den heissen Ga sen und dem mit der Aussenfläche der Leitung in Berührung stehenden Mittel.
Die heissen Gasschich ten bewegen sich im Vergleich zu der Geschwindig keit der kühlen Gasschichten mit hoher Geschwin digkeit. Deshalb muss zur Erzielung eines guten Wärmeaustausches zwischen den in der Leitung strö menden heissen Gasschichten und dem diese Leitung umspülenden Mittel das heisse Gas in der Mitte der Leitung mit der Innenfläche der Leitung in Berüh rung gebracht werden.
Die Warzen<B>25</B> (Fig. <B>6)</B> be wirken ein Aufbrechen der Schichtbildung der kuh- leren Gasschichten und versetzen, im<U>Zusammenwir-</U> ken mit dem Aufbau des Mittelabschnittes 21 des Kanals 4, die in die Aufnahmekammer 22 eingelei teten heilssen Auspuffgase, in eine Wirbelbewegung, wobei sie den Wärmeaustausch zwischen den heissen Auspuffgaszn und der die Aussenfläche des Kanals 4 umströmenden Frischluft vergrössern, wobei nur eine geringfügige Vergrösserung des Strömungswider standes des Auspuffgases im Kanal 4 entsteht.
Bei der Ausführungsform nach Fig. <B>7</B> ist eine Anzahl von Bolzenpaaren vorgesehen<B>;</B> sowohl die ausserhalb des Kanals 4 liegenden Bolzen<B>26</B> als auch die, innerhalb des Kanals 4 vorgesehenen Bol zen 26a sind mit Rippen<B>27</B> versehen. Beide Bolzen- gruppen sind n* der Aussen- bzw. der Innenfläche des Kanals 4 durch Warzenschweissung verbunden. Wie in der Fig. <B>7</B> gezeigt, befindet sich an der Innen fläche des Kanals<B>je</B> ein Zapfen etwa gegenüber jedem an die Kanalaussenfläche angeschweissten Zapfen.
Die Innenzapfen 26a ragen in die Strömung der Auspuffgase hinein und leiten die Wärme von diesen auf die Kanalwand und sodann auf die Aus senzapfen. Die Innenzapfen 26a zerstören ausserdem die Laminarströmung der Auspuffgase und unter stützen die Erzeugung einer Wirbelbewegung der selben.
Der beschriebene Wärmeaustauscher hat wesent liche Vorteile, die ihn besonders geeignet machen für die Verwendung in Kraftfahrzeugen, bei denen heisse Auspuffgase zur Erwärmung des Fahrzeuginneren verwendet werden. Vor allem erfordern die aussen und innen an die Kanalwand angeschweissten Zapfen mit ihren Rippen sowie, die Warzen keine Durch- brechung oder Durchlöcherung des Kanals für die Zapfenbefestigung.
Auf diese Weise ist die Möglich keit einer Undichtigkelt für die Auspuffgase um die Verbindungsstellen der Zapfen bzw. der Warzen mit den den Kanal bildenden Schalenhälften ausgeschlos#- sen. Da Auspuffgase sehr gefährlich sind, bringt die Ausschaltung von Undichtheiten um die Zapfen her um eine wesentliche Vergrösserung der Sicherheit des Wärmeaustauschers.
Die Erhitzung der Frischluft wird gegenüber be kannten Abgaswärmeaustauschern um<B>130 %</B> ver- grössert.