DE102011118164C5

DE102011118164C5 - Wärmeübertrager und Verfahren zum Betreiben eines Wärmeübertragers

Info

Publication number: DE102011118164C5
Application number: DE102011118164.8A
Authority: DE
Inventors: Peter Ambros; Axel Fezer; Jochen Orso; Harald Necker
Original assignee: THESYS GmbH
Current assignee: THESYS GmbH
Priority date: 2010-12-29
Filing date: 2011-11-10
Publication date: 2018-08-30
Anticipated expiration: 2031-11-11
Also published as: DE102011118164A1; DE102011118164B4

Abstract

Wärmeübertrager, enthaltend ein kleineres Rohr (10), welches koaxial in einem größeren Rohr (20) angeordnet ist, wobei das kleinere Rohr (10) und das größere Rohr (20) ein koaxiales Rohr (10, 20) bilden, und mit getrennten Strömungszügen (3, 4) für wenigstens zwei Fluidströme, wobei der erste Strömungszug (3) im Inneren des kleineren Rohres (10) ausgebildet ist und der zweite Strömungszug (4) in Räumen zwischen dem kleineren und dem größeren Rohr angeordnet ist, wobei mehrere koaxiale Rohre (10, 20) parallel zueinander angeordnet sind, einen Abstand zueinander aufweisen und zu einem Rohrbündel (12) zusammengefasst sind, wobei das Rohrbündel (12) in einem gemeinsamen Gehäuse (70) angeordnet ist und einer der Fluidströme in wenigstens zwei Teilströme aufteilbar ist, wobei ein erster Teilstrom (100) durch die kleineren Rohre (10) und ein zweiter Teilstrom (110) durch das Gehäuse (70) leitbar sind, wobei der zweite Teilstrom (110) die Außenseiten der größeren Rohre (20) in Längs- und Querrichtung umströmt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager, enthaltend ein kleineres Rohr, welches koaxial in einem größeren Rohr angeordnet ist und mit Strömungszügen für wenigstens zwei Fluidströme, wobei der erste Strömungszug im Inneren des kleineren Rohres ausgebildet ist und der zweite Strömungszug in Räumen zwischen den kleineren und dem größeren Rohr angeordnet ist, wobei mehrere koaxiale Rohre einen Abstand zueinander aufweisen und zu einem Rohrbündel zusammengefasst sind.
Ein Wärmeübertrager ist aus der DE 199 44 951A1 bekannt. Es handelt sich dort um einen so genannten „inneren“ Wärmeübertrager in einer Klimaanlage, in dem hochdruckseitiges und niederdruckseitiges Kältemittel im Wärmeaustausch stehen um leistungsmäßige Vorteile der Klimaanlage zu erreichen. Der bekannte Wärmeübertrager wurde als eine einzige mäanderartig oder spiralartig gewundene Mehrkanal-Rohrleitung ausgebildet. Die zweiten Strömungszüge wurden durch an der Innenwand des größeren Rohres oder an der Außenwand des kleineren Rohres angeordnete, in Rohrlängsrichtung entlanglaufende Stege dargestellt, die sich im ersten Fall an der Innenwand des Außenrohres abstützen und die im zweiten Fall an der Außenwand des Innenrohres anstoßen. Es gibt dort auch Ausführungen ohne Stege, wobei das Innenrohr und das Außenrohr als Rundrohre ausgebildet sind und der zwischen den beiden Rohren gebildete Ringraum als zweiter Strömungszug mit einer Wärmetauschrippe belegt ist.
Aus der DE 196 24 030A1 ist bereits ein Wärmetauscher gleicher Bauart bekannt. Dieser Wärmetauscher weist ebenfalls ein einziges gewundenes Koaxialrohr auf, welches in einem Behälter angeordnet ist. Dort werden spezielle Sicken vorgeschlagen, die einen kompakten Wärmetauscher ergeben. Zwischen dem Innenrohr und dem Außenrohr wurden Abstandshalter vorgesehen.
Durch die US 6,390 185 B1 wurde ein als Rekuperator betriebener Wärmeübertrager bekannt, welcher ein aus Rohrelementen bestehendes Rohrbündel sowie zwei an den Enden der Rohrelemente angeordnete Verteil- und Sammeleinheiten aufweist. Ein Rohrelement umfasst vier koaxial ineinander angeordnete Rohre, welche zwischen sich drei Ringräume bzw. Strömungskanäle mit Ringquerschnitt bilden. Der innere und der äußere Ringraum werden von einem ersten Gasstrom (Niederdruck) durchströmt, wobei der in die Verteil- und Sammeleinheit eintretende Gesamtstrom in zwei Teilströme aufgeteilt wird. Ein zweiter Gasstrom (Hochdruck) strömt in entgegengesetzter Richtung durch den mittleren Ringraum, sodass beide Gasströme im Gegenstrom zueinander geführt werden. Sämtliche Gasströme dieses Wärmeübertragers unterliegen somit aufgrund der konzentrisch angeordneten Ringräume einer Zwangsführung. Ein Gehäuse, welche das gesamte Rohrbündel, bestehend aus den einzelnen Rohrelementen, umgibt, ist nicht vorgesehen.
Durch die AT 210 442 wurde ein Dampfkessel für Kohle-, Öl- oder Gasfeuerung bekannt, wobei ein zentral angeordneter Feuerraum von einer ringförmigen Rohrwand umgeben ist. Die Rohrwand weist eine Vielzahl von in Umfangsrichtung dicht nebeneinander angeordneten Rohrelementen auf, welche jeweils aus einem äußeren Mantelrohr und einem konzentrisch angeordneten Kernrohr bestehen. Durch das Kernrohr strömen vom Feuerraum ausgehende Rauchgase, während in dem Ringraum zwischen Kernrohr und Mantelrohr Wasser strömt, welches durch die Rauchgase erhitzt und verdampft wird. Außerhalb der Rohrwand ist ein als Ringraum ausgebildeter Rauchgaszugkanal angeordnet, über welchen das Rauchgas nach außen abgeführt wird. Da die Rohrelemente dicht aneinander stehen, können sie quer zur Rohrlängsachse nicht vom Rauchgas durchströmt werden. Die Rohrelemente bilden somit kein Rohrbündel, sondern eine Rohrwand, welche den Feuerraum von dem außen liegenden Rauchgaszugkanal abteilt. Zwischen Feuerraum und Rauchgaszugkanal besteht ein Druckgefälle, welches den Abzug der Rauchgase über die Kernrohre und/oder über einen Bypasskanal nach außen bewirkt.
Die Anmelderin hat eine Patentanmeldung für einen Wärmeübertrager eingereicht, die das Aktenzeichen DE 10 2010 008 175.2 erhalten hat und die den einleitend aufgeführten Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bildet. Die koaxialen Rohre sind zu einem Rohrbündel zusammengefasst worden. Die koaxialen Rohre des Rohrbündels weisen einen Abstand zueinander auf. Durch die ersten Strömungszüge, die im Inneren der kleineren Rohre vorgesehen sind, strömt beispielsweise das Abgas einer Brennkraftmaschine. Durch die zweiten Strömungszüge, die zwischen dem Innenrohr und dem Außenrohr verlaufen, strömt beispielsweise eine zu verdampfende Flüssigkeit.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, das in der früheren Patentanmeldung gezeigte Bauprinzip aufzugreifen und insbesondere hinsichtlich der Wärmeübertragerleistung deutlich zu verbessern.
Die erfindungsgemäße Lösung erfolgt mit einem Wärmeübertrager, der die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist.
Gemäß einem wesentlichen Aspekt der Erfindung ist vorgesehen, dass das Rohrbündel in einem Gehäuse angeordnet ist und dass einer der Fluidströme in wenigstens zwei Teilströme aufgeteilt ist, wobei ein Teilstrom durch die kleineren Rohre bzw. durch die ersten Strömungszüge strömt und eine anderer Teilstrom um die Außenseite der größeren Rohre herum strömt.
Durch diese relativ einfache Maßnahme wird mehr als eine Verdopplung der Wärme tauschenden Flächen zur Verfügung gestellt, sodass sich eine deutliche verbesserte Wärmeübertragerleistung ergibt. Bei gleicher Leistung kann der erforderliche Einbauraum deutlich reduziert werden. Das Gehäuse umgibt das Rohrbündel mit einem ziemlich geringen Abstand. Die einzelnen koaxialen Rohre des Rohrbündels besitzen einen geringen Abstand zueinander, sodass beispielsweise das Abgas einer Brennkraftmaschine dazwischen strömen und die Außenseite der größeren Rohre beaufschlagen kann.
Weiterhin kann als Vorteil angeführt werden, dass der abgasseitige Druckverlust deutlich reduziert wird, weil der vom Abgas durchströmte Querschnitt durch die Erfindung deutlich vergrößert wird. Das Abgas kann mit Hilfe von Trennwänden mäanderartig durch das Rohrbündel geleitet werden, um weitere Vorteile zu erhalten. Es ist weiterhin von Vorteil, eine oder mehrere, beispielsweise zwei, Regelorgane, beispielsweise Klappen oder dergleichen, im Wärmeübertrager vorzusehen. Damit kann der Wärmeübertrager (Verdampfer) besser an die wechselnden Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine eines Fahrzeuges angepasst werden.
In vorteilhafter aber nicht notwendiger Weise besitzen die zweiten Strömungszüge wenigstens zwei Wärmeübertragerabschnitte, in denen die Räume unterschiedliche Größe aufweisen, wobei der Abschnitt mit den kleineren Räumen in der Nähe des Eintritts des flüssigen, zu verdampfenden Arbeitsfluids angeordnet sind und die größeren Räume in der Nähe des Austritts des etwa gasförmigen Arbeitsfluids vorgesehen sind, wie es in der erwähnten älteren Patentanmeldung vorgesehen ist, auf die hiermit zur näheren Erläuterung ausdrücklich verwiesen wird.
Weitere unter Umständen wichtige Merkmale befinden sich in den abhängigen Patentansprüchen, die als an dieser Stelle einzeln aufgeführt angesehen werden sollen, um deren Wiederholung zu erübrigen.
Im Übrigen ergeben sich sämtliche Merkmale und deren Vorteile aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der beigefügten Zeichnungen.
Die nachführend aufgeführten Beschreibungen orientieren sich an dem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Wärmeübertragers im Einsatz als Verdampfer in der Abgasführung einer Brennkraftmaschine. Für den Einsatz in anderen Anwendungen mit anderen Fluiden gilt die Beschreibung in analoger Form.

Die 1 zeigt den Wärmeübertrager und die 2 zeigt eines der koaxialen Rohre dieses Wärmeübertragers aus der älteren Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen DE 10 2010 008 175.2 -16.
Die 3 zeigt ein erstes prinzipielles Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Die 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel, basierend auf 3.
Die 5 zeigt Querschnitte durch einen Wärmeübertrager.
Die 6 zeigt eine weitergehende Ausführung zu 4.
Die 7, 8 und Fig. 8a-8d zeigen Bespiele mit Regelorganen zur Regelung der Teilströme.
Die 9 zeigt eine analytische Betrachtung des Regelungsbereiches.

Wie aus der 2 erkennbar ist, werden die Räume in den zweiten Strömungszügen 4 dadurch gebildet, dass das Innenrohr 10 spiralförmig fortschreitende Sicken aufweist, die an der Innenseite des Außenrohres 20 anliegen. Die Steigung der Sickenspirale steigt von links nach rechts an, sodass sich die zwischen den Sicken ausgebildeten Räume von links nach rechts nach und nach vergrößern. Die linke Seite stellt die Eintrittsseite des flüssigen Arbeitsmittels dar und die rechte Seite zeigt die Austrittsseite des gasförmigen Arbeitsfluids dar. Vorteilhafterweise werden die Räume in den zweiten Strömungszügen 4 durch fortschreitende Sicken in den Innen- und Außenrohren gebildet. Es können aber auch andere Gestaltungen des zweiten Strömungszugs 4 vorgesehen werden, beispielsweise solche wie sie in der älteren Patentanmeldung gezeigt werden. Eine Vielzahl solcher wie in 2 gezeigten koaxialen Rohren bildet ein Rohrbündel 12 des Wärmeübertragers gemäß der 1. Dieser Wärmeübertrager besitzt einen aus zwei Platten 41, 42 gebildeten Eintrittssammler 40 für das flüssige Arbeitsfluid und einen ähnlichen Austrittssammler 50 für das gasförmige bzw. für das verdampfte Arbeitsfluid. Zwischen den beiden Platten 41, 42 bzw. 51, 52 kann das Arbeitsfluid in die zweiten Strömungszüge 4 ein - bzw. ausströmen, da die größeren Rohre 20 in Öffnungen der innen liegenden Platten 41, 51 sitzen, siehe auch 4 und 6. Die Innenrohre 10 sind an den Enden etwas länger als die Außenrohre 20 und befinden sich in Öffnungen der äußeren Platten 42, 52, sodass das Abgas über Sammler 30 in die Innenrohre 10 bzw. in die ersten Strömungszüge 3 einströmen und auf der gegenüberliegenden Seite ausströmen kann. Es wird darauf hingewiesen, dass das beschriebene Rohrbündel auch aus Rohren aufgebaut sein kann, die keinen kreisförmigen Rohrquerschnitt aufweisen. So ist z. B. auch ein Rohrbündel aus Rohren denkbar, welche die Anmelderin in den Anmeldungen DE 10 2009 041 406 und DE 10 2010 008 176 beschrieben hat, sofern bei der Aufstapelung der Rohre ein Zwischenraum zwischen den Außenrohren belassen wird.
Die koaxialen Rohre des erwähnten Rohrbündels 12 besitzen einen geringen Abstand zueinander und gestatten somit die erfindungsgemäße Umströmung an ihren Außenseiten. Die Außenrohre 20 können Umformungen der Rohrwände aufweisen, die eine gewisse Turbulenz erzeugen und damit eine Verbesserung des Wärmeüberganges bewirken. Es sei hier beispielhaft auch auf die unterschiedlichen Ausführungsformen der Außenrohre in der älteren Anmeldung 10 2010 008 175.2-16 der Anmeldering verwiesen. Die Erzeugung von Turbulenz zur Verbesserung des Wärmeüberganges kann auch durch die Einbringung von Noppen, strömungsführenden Elementen oder dergleichen in den Abständen zwischen den Außenrohren 20 bewirkt werden.
Gemäß den folgenden Fig. 3-8 befindet sich das Rohrbündel 12 in einem Gehäuse 70. Besonders vorteilhaft ist hierbei die Integration des Rohrbündels in den vorhandenen Schalldämpfer oder das Gehäuse eines Abgasnachbehandlungssystems. In 3 und in den 7 und 8 sind das Rohrbündel 12 und die koaxialen Rohre 10 und 20 in vereinfachter Form dargestellt.
Die einfachste Weiterbildung gemäß der 3 zeigt, dass das Rohrbündel 12 am Anfang und am Ende zum Gehäuse 70 hin wenigstens teilweise mit Prallwänden 80 ausgestattet ist, die das einströmende Abgas im Eintrittsbereich 31 zwingen sich aufzuteilen. Ein Abgas-Teilstrom 100 strömt weiterhin durch die ersten Strömungszüge 3 bzw. durch die Innenrohre 10 und ein anderer Abgas-Teilstrom 110 umströmt die Außenseiten der koaxialen Außenrohre 20 des Rohrbündels 12. Der Wärmeeintrag vom Abgas in das Arbeitsfluid, das die zweiten Strömungszügen 4 durchströmt, erfolgt damit vom Abgas-Teilstrom 100 über die Innenwand der inneren Rohren 10 und gleichzeitig von dem Abgas-Teilstrom 110 über die Außenwand der Außenrohre 20. Durch diese Stromführung wird mehr als eine Verdopplung der wärmeübertragenden Oberflächen und damit eine Steigerung der Wärmeübertragungsleistung erreicht. Da gleichzeitig die durchströmbaren Querschnitte für die Abgasströmung durch diese Maßnahme vergrößert worden sind, wird sich abgasseitig zudem ein deutlich geringerer Druckverlust einstellen. Die beiden Abgas-Teilströme vereinigen sich wieder im Austrittsbereich 32 des Wärmeübertragers.
Die erfindungsgemäße Realisierung eines Teilstromes um die Außenrohre 110 bietet zusätzlich den Vorteil, dass eine ansonsten erforderliche Isolation der Außenrohre gegen die Umgebung entbehrlich ist, wodurch Leistungs-, Bauraum- und Kostenvorteile erzielbar sind.
Das Rohrbündel 12 ist in 3 etwa zentrisch im Gehäuse 70 angeordnet. Man kann, - abweichend davon -, das Rohrbündel 12 mit seiner Mittellängsachse auch außermittig im Gehäuse 70 anordnen, dieses dabei auch aus der Längsachse kippen und auf Prallwände 80 am Eintritt gänzlich verzichten. Dadurch entsteht ein noch kompakterer Wärmeübertrager.
Das Rohrbündel 12 kann gemäß der 4 in der Arbeitsfluidführung in Zonen aufgeteilt sein, die als Vorwärmzone, Verdampfungszone und Überhitzungszone für das Arbeitsfluid verstanden werden können. Der Übertritt des Arbeitsfluids von einer Zone in die nächste erfolgt zwischen den beschriebenen zwei Platten 41, 42, 51, 52 des Eintritts-bzw. des Austrittssammlers 40, 50. Dadurch wird eine Gegenstromführung des Arbeitsfluids zum Abgasteilstrom in den kleineren Rohren 100 in der Vorwärmzone 200, eine Gleichstromführung in der Verdampfungszone 210 und wiederum eine Gegenstromführung in der Überhitzungszone 220 bereitgestellt, wie die eingezeichneten Pfeile in der 4 und 6 verdeutlichen sollen. In der Vorwärm- und Überhitzungszone 200, 220 ist damit die thermodynamisch optimale Stromführung im Gegenstrom darstellbar. Der thermodynamische Leistungsnachteil einer Gleichstromführung im Verdampfungsbereich 210 ist nicht relevant, da die Fluidtemperatur infolge des Phasenwechsels isotherm (1-Stoffgemisch) oder näherungsweise isotherm (Mehr-Stoffgemisch) ist. Der Wärmeeintrag vom Abgas-Teilstrom um die äußeren Rohre 110 in das Arbeitsfluid erfolgt im Kreuz-Gegenstrom, wobei das Arbeitsfluid in den zweiten Strömungszügen 4 durch das schon abgekühlte Abgas im Vorwärmbereich 200 aufgewärmt, vom noch heißeren Abgas im Verdampfungsbereich 210 verdampft und von Abgas auf maximalem Eintrittstemperaturniveau im Überhitzungsbereich 220 überhitzt wird.
Die 5 zeigt in einem Querschnitt durch den Wärmeübertrager das Rohrbündel 12 mit seiner Vielzahl von einzelnen koaxialen Rohren. Die unten angeordnete Vorwärmzone 200, die mittlere Verdampfungszone 210 und die obere Überhitzungszone 220 sind gut erkennbar.
Der Wärmeübertrager gemäß der 6 besitzt als weiterentwickelte Ausführung zu 4 im Abgasteilstrom um die Außenrohre 110 zwei im Abstand angeordnete Querwände 90, die derart ausgebildet sind, dass der die Außenseiten umströmende Abgas-Teilstrom 110 zu einem mäanderartigen Strömungsweg gezwungen wird. Durch diese Maßnahme kann die Turbulenz und der Wärmeübergang gesteigert werden. Gleichzeitig wird die Stromführung im Kreuzstrom durch die thermodynamisch effizientere Stromführung im Kreuz-Gegenstrom ersetzt.
Die 7 zeigt eine regelbare Klappe 60 am Anfang des Rohrbündels 12 des Wärmeübertragers, mit der das Verhältnis des die Innenrohre 10 durchströmenden Teilstromes 100 zum Teilstrom 110, der die Außenseite der koaxialen Rohre des Rohrbündels 12 beaufschlagt, optimal eingestellt bzw. auf wechselnde Betriebssituationen geregelt werden kann. Die regelbare Klappe 60 öffnet bzw. verschlieft einen Strömungsweg zwischen dem Gehäuse 70 und dem Rohrbündel 12 und drosselt bzw. unterbindet damit den Abgasteilstrom um die Außenrohre 110. Durch diese Maßnahme ist eine Regelung der Verdampferleistung aber auch des Druckverlustes in der Abgasführung möglich.
In der 8 ist die regelbare Klappe 60 und eine zweite regelbare Klappe 61 am Ende des Rohrbündels 12 angeordnet. Die zweite regelbare Klappe 61 erlaubt die Öffnung und Regelung eines Bypaßstromes 120, der ohne Durch- bzw. Umströmung des Verdampferrohrbündels 12 das Abgas direkt von der Eintrittsöffnung 71 in die Austrittsöffnung 72 des Gehäuses 70 leitet.
Durch beide Klappen 60, 61 kann damit je nach deren Stellung:

• Der Bypaßweg 120 verschlossen und damit eine maximale Durchströmung und Umströmung 100, 110 des Rohrbündels erzielt werden, was einer hohen Leistung bei minimalem Abgasgegendruck entspricht, 8a),
• Eine beliebige Aufteilung der Teilströme durch die Innenrohre 100 und um die Außenrohre 110 eingestellt werden, siehe 8b). Durch diese Einstellung ist die maximale Verdampferleistung darstellbar,
• Der Teilstrom durch die Außenrohre 110 vollständig unterbunden und der gesamte Abgasstrom durch die Innenrohre 100 geführt wird, siehe 8c),
• Beide Teilströme 100 und 110 vollständig unterbunden und der gesamte Abgasstrom über einen Bypaßweg 120 am Verdampfer vorbei geführt werden, siehe 8d). Eine vollständige Öffnung des Abgas-Bypaßstromes 120 reduziert die Verdampferleistung im Grenzfall auf null. Durch eine Teilöffnung kann ebenfalls die Verdampferleistung geregelt reduziert werden.
• Außerdem ist es denkbar, durch eine Ausgestaltung der Klappe 61 einen Teil oder alle Austrittsöffnungen der Innenrohre zu verschließen und damit den Teilstrom durch die Innenrohre 100 zu drosseln bzw. ganz zu unterbinden, angedeutet in 8.

Eine Regelbarkeit der Verdampferleistung ist sehr vorteilhaft und im realen Fahrbetrieb zwingend erforderlich. Infolge der leistungsseitigen Limitierung der installierten Fahrzeugkühlanlage wird bei thermisch kritischem Fahrbetrieb kein zusätzlicher Wärmeeintrag von Seiten des Kondensators des Abwärmenutzungssystems möglich sein, so dass hier die Verdampferleistung bis auf null reduziert werden muss. Dies wird z. B. auch im Bremsbetrieb des Fahrzeuges erforderlich sein.
Im realen Fahrbetrieb wird es die Strategie der Regelung sein, die Leistungsreserve des Fahrzeugkühlsystems (ohne bzw. mit begrenzter zusätzlicher Aufwendung von Lüfter- oder Pumpenleistungen) auszuschöpfen und hierbei die maximal mögliche Verdampferleistung bei minimalem Abgasgegendruck zu realisieren. Im Warmlaufbetrieb kann hierdurch aber auch ein aktives Auftauen und eine schnellere Aufheizung des Systems bewirkt werden. Die Aktuatoren sollten so ausgelegt sein, dass bei einem Ausfall der Ansteuerung oder bei Fehlfunktion der Aktuatoren eine Abregelung durch Vollöffnung des Bypasses herbeigeführt wird.
9 zeigt eine qualitative Betrachtung von Verdampferleistung und abgasseitigem Druckverlust bei geschlossenem Bypaßweg 120 durch alleinige Regelung der beiden Teilströme Durchströmung und Umströmung 100, 110 durch das Rohrbündel 12. Die beiden dünn gezeichneten Kurven zeigen qualitativ die Zunahme der Verdampferleistung bei Erhöhung der durchströmenden bzw. des umströmenden Abgasmassenstromes. Bei einer gleichzeitigen Durchströmung und Umströmung unter der Annahme von konstanten Gesamt-Abgasdurchsätze und Fluid-Eintrittstemperaturen ergibt sich ein Leistungsverlauf, wie er als dicke Kurve in 9 dargestellt ist. Gleichzeitig wird sich der abgasseitige Druckverlust gemäß der gestrichelten dicken Kurve einstellen. Verglichen mit einem Referenzverdampfer, ist damit eine Regelung der Teilströme auf maximale Verdampferleistung (A) oder auch auf gleiche Leistung bei reduziertem Druckverlust (B) oder aber auch auf alle anderen Betriebspunkte möglich. Durch eine zusätzliche Teil- oder Vollöffnung des Bypaßweges 120 kann die Verdampferleistung im Grenzfall auf null reduziert werden, 8d.
Bezugszeichenliste

3: Erste Strömungszüge
4: Räume in den zweiten Strömungszügen
10: Innenrohre, kleinere Rohre
20: Außenrohre, größere Rohre
12: Rohrbündel
30: Sammler
31: Eintrittsbereich
32: Austrittsbereich
40: Eintrittssammler
50: Austrittssammler
41, 51: innen liegende Platten
42, 52: äußere Platten
60: Regelorgan, regelbare Klappe
61: zweites Regelorgan, zweite regelbare Klappe
70: Gehäuse
71: Eintrittsöffnung
72: Austrittsöffnung
80: Prallwände
90: Querwände
100: Teilstrom durch die Innenrohre 10
110: Teilstrom um die Außenrohre 20
120: Bypaßweg
200: Vorwärmzone, -bereich
210: Verdampfungszone, -bereich
220: Überhitzungszone, -bereich

Claims

Wärmeübertrager, enthaltend ein kleineres Rohr (10), welches koaxial in einem größeren Rohr (20) angeordnet ist, wobei das kleinere Rohr (10) und das größere Rohr (20) ein koaxiales Rohr (10, 20) bilden, und mit getrennten Strömungszügen (3, 4) für wenigstens zwei Fluidströme, wobei der erste Strömungszug (3) im Inneren des kleineren Rohres (10) ausgebildet ist und der zweite Strömungszug (4) in Räumen zwischen dem kleineren und dem größeren Rohr angeordnet ist, wobei mehrere koaxiale Rohre (10, 20) parallel zueinander angeordnet sind, einen Abstand zueinander aufweisen und zu einem Rohrbündel (12) zusammengefasst sind, wobei das Rohrbündel (12) in einem gemeinsamen Gehäuse (70) angeordnet ist und einer der Fluidströme in wenigstens zwei Teilströme aufteilbar ist, wobei ein erster Teilstrom (100) durch die kleineren Rohre (10) und ein zweiter Teilstrom (110) durch das Gehäuse (70) leitbar sind, wobei der zweite Teilstrom (110) die Außenseiten der größeren Rohre (20) in Längs- und Querrichtung umströmt.
Wärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Teilströme (100, 110) nach der Durchströmung der ihnen zugeordneten Strömungszüge im Wärmeübertrager wieder vereinigen.
Wärmeübertrager nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilströme (100, 110) regelbar sind.
Wärmeübertrager nach den Ansprüchen 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere Regelorgane (60, 61) im Wärmeübertrager angeordnet sind, um den Volumenstrom der Teilströme (100, 110) bedarfsgerecht einzustellen.
Wärmeübertrager nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Regelorgan (60) zur Regelung des Verhältnisses von Innendurchströmung und Außenumströmung dient und ein anderes Regelorgan (61) als Bypassorgan fungiert.
Wärmeübertrager nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei vollständig geöffnetem Bypassorgan (61) die Innendurchströmung und die Außenumströmung im Wesentlichen blockiert sind.
Wärmeübertrager nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei vollständig geschlossenem Bypassorgan (61) der gesamte Fluidstrom auf die Innendurchströmung und die Außenumströmung aufteilbar ist.
Wärmeübertrager nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der aufgeteilte Fluidstrom ein heißer Abgasstrom ist und ein zu verdampfendes Arbeitsfluid die zweiten Strömungszüge (4) durchströmt.
Wärmeübertrager nach den Ansprüchen 1 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Teilstrom (110) des Abgasstromes; der die Außenseiten der größeren Rohre (20) umströmt mit Hilfe von Trennwänden (90) mäanderartig durch das Rohrbündel (12) geleitet wird.
Wärmeübertrager nach den Ansprüchen 1 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Strömungszüge (4) durch Sicken gebildete Räume aufweisen, die in Strömungsrichtung ihre Größe ändern.
Verwendung des Wärmeübertragers nach einem der vorhergehenden Ansprüche als Abgasverdampfer.
Abgasverdampfer nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgasverdampfer in einem Abgasschalldämpfer bzw. in einer Abgasnachbehandlungsanlage integriert ist.