DE1476498A1 - Waermeaustauscher fuer Brennkraftmaschinen,insbesondere Abgaskuehler fuer Brennkraftkolbenmaschinen mit geschlossenem Arbeitsmittelkreislauf - Google Patents

Description

• Wärmeaustauscher für Brennkraftmaschinen, insbesondere Abgaskühler für Brennkraft" kolbenmaschinen mit geschlossenem Arbeitsmittelkreislauß Die Erfindung bezieht sich auf einen Wärmeaustauscher für Brennkraftmaschinen, insbesondere Abgaskühler für Brennkraftkolbenmaschinen mit geschlossenem Arbeitamittelkreislaufg wobei die einzelnen Durchflußwege der am Wärmeaustausch beteiligten beiden Medien, nämlich Abgas einerseits und Kühlmittel, z.B. eine Kühlflüssigkeit, andererseits, getrennt voneinander und miteinander abwechselnd zwischen einzelnen parallelen Platten und seitlichen Abstandsleisten, aus denen der Abgaskühler hauptsächlich aufgebaut ist, verlaufen. .gis sind Kreuzstromplattenwärmeaustauscher der vorstehend angeführten Art für verschiedene Verwendungszwecke bekannt, bei denen innerhalb der Durchflußwege für die beiden am Wärmeaustausch beteiligten Yedien Einlagen in Form von gewellten Blechen vorgesehen sind, mit dem Zweck, die wärmeabgebende und die wärmeaufnehmende Oberfläche zu vergrößern. Außerdem sind Kreuzstromplattenwärmeaustauscher bekannt, bei denen zwischen zwei in einem größeren Abstand voneinander angeordneten starren Platten eine elastische bzw. durchbiegefähige Zwischenplatte eingelegt ist, die den lichten Raum zwischen den beiden starren Platten in zwei Durchflußwege aufteilt, nämlich in einen Durchflußweg für das eine Medium und in einen Durchflußweg für das andere Medium. Auf der einen Seite, und zwar auf der, die vom Medium mit dem geringeren statischen Druck durchflossen wird, trägt die durchbieeefähige Zwischenplatte Distanzstücke, die eine geringere Höhe aufweisen als die Hält. te der lichten Weite zwischen den beiden starren Platten, so daß die Durchflußwege für das den höheren statischen Druck aufweisende Medium, im bekannten Fall ist dies das wärmeabgebende Medium, im Querschnitt größer sind als die Durchflußwege für das wärmeaufnehmende Medium. Bei der bekannten Ausführung handelt es sich um zwei flüssige-Medien. Ferner sind Kreuzstromplattenwärmeaustauscher mit einem Aufbau bekannt, gemäß dem abwechselnd auf eine ebene Platte eine Platte mit je einer in der Nähe der Außenränder befindlichen Eindrükkung vorgesehen ist, die auf der benachbarten ebenen Platte. aufeitzen,so daß zwischen den einzelnen Eindrückungen Strömungswege für eines der am Wärmeaustausch beteiligten Medien gebildet werden. Die anderen Strömungswege für das zweite Medium entstehen durch seitliche Abstandshalter, die jeweils zwischen einer ebenen Platte und einer mit Eindrückungen versehenen Platte angeordnet sind. Der Aufbau dieser Ausführungs. form ist kompliziert und teuer und weist außerdem aufgrund der Eindrückungen einen erhöhten Strömungswiderstand auf. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wärmesustauscher für Brennkraftmaschinen zu schaffen, insbesondere einen Abgaskühler zu konzipieren, der den Belangen einer Brennkraftmaschine mit geschlossenem Arbeitsmittelkreislauf und den hierbei auftretenden Erfordernissen Rechnung trägt. Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß der Abgaskühler mit seinem Abgaseintritt dem Abgasaustritt der

  Brennki,aftkol"b.aoöhdne ,gewandt auf derselben angeordnet

  ist: und sich mit vcrhältniäßig niedriger Bauhöhe über die

  ganze Länge d.et', Zylinderreibre oder ,-reihen erstreckt, während

  sein Abgasaustritt in an eich bekannter Weise seinem Abgas-

  eintritt gegenüber li$gtt und,daß der Durehfluß des Kühlmit-

  tels in Längsrichtung erfolgt, mit dem Kühlmitteleintritt

  auf der einentirneeite und deIL. Kühlmittelaustritt auf der

  anderen ätixüseita des Abgaskühlers, wobei die auf seinen

  Zängeseitenverlautenden beiden Kußeren Durchflußwege als

  Kühlmitteldurchflußwege vorgeaehsn sind.

  Um die Bsuh8he ödes gesamten Jüa,triebseggregates extrem nied-@

  rig zu haltet. wird...weiter vorgeschlagent den Abgaseintritt

  des AbgaaktUale- mtteibarr auf dem Abgasaustritt bzw. auf

  dem Abgassammelflansoh der »renn,ftkolbenmaschine aufzui

  setzen @hzw, an :dieeem anzuscl*ieä@on,

  In: Auegeeta@ltuag:: der F.^findung wird ferner vorgeschlagen.!

  die Durrchflußwege für die ,Abgase der ,Brennkraftmaaahine in

  ihrer lichten Weite .in an eich. bekannter Weise größer zu ha1#-:

  ten als die Durchflußwege für. das flüssige Kühlmittel, z. B.

  Seetwaseerl, und .in den Durchflußwegen für die Abgase Einlagen

  mit gehr enger Wellung t dagegen Jn den Durchflußwegen für

  das flüs igPKühlmittel Einlagen :mit weiter Weliung einzu-

  setzen, mit dem.ZWeck, die abgasseitige wärmeaufnehmende

  Oberfläche zur kühlmittelseitgen wärmeabgebenden Oberfläche

  in ein mit Rüdks.cht auf die vorliegenden verschiedenen Wär-

  meübergangszahlen der beiden am Wärmeaustausch teilnehmenden

  Medien in ein optimales Verhältnis zu bringen.

  Weitere erfindungsgemäße Merkmale sind in der Beschreibung

  der Zeichnung und in den aufgestellten Unteransprüchen ent-

  haltet.

  Acij -

  Dielüber die ganze Zylinderreihe der BrLnnkraftmaschine h

  erstreckende Baulänge des Abgaskühlers ergibt für die Abgase eine relativ große Einatrömfläche, die wiederuni eine kurze Durchatrömkanallänge, d.h. eine niedrige Bauhöhe für den Abgaskühler erlaubt, so daß günstige Strömungsverhältnisse und relativ geringe Strömungswiderstände gegeben sind. Umgekehrt ermöglichen kurze Kanallängen den hydraulischen Durchmesser kleiner auszubilden, wodurch sich die wärmeaufnehmende Ober-Fläche vergrößern läßt (durch enger gewellte Blecheinlagen in den Durchflußwegen für die Abgase) und gute Wärmeübertrßgungsverhältnisse erzielt werden. Dadurch, daß die beiden äußeren, unmittelbar an den Längsseiten des Abgaskühlers verlaufenden Durchflußwege als Kühlmittel- (Seewasser) durchflußwege benutzt werden, daß daß ferner der verhältnismäßigkühle Abgasaustritt auf der Oberseite des Abgaskühlers liegt und daß außerdem der Kühlmittelein- und -austritt auf der vorderen bzw. hinteren Stirnseite des Abgaskühlers erfolgt, daß also alle freien Außenseiten des auf der Brennkraftmaschine angeordneten Abgaskühlers relativ kühle Flächen darstellen, ist ein in sich geschlossenes Antriebsaggregat gegeben, das für seinen. Einbau in ein Fahrzeug in bezug auf Wärmeisolierung keine hohen Anforderungen mehr stellt, die ein kritisches Problem bei der in Rede stehenden Motorengattung darstellt. Darüberhinaus ist der ,Abgaskühler einfach und insbesondere raumsparend in seinem Aufbau, der im Hinblick auf die am Wärmeaustausch beteiligten Medien eine wirkungsgradmäßig optimale Auslegung zuläßt. Der Aufbau des Abgaskühlers erlaubt außerdem den vorliegenden Betriebsverhältnissen dadurch günstig Rechnung zu tragen, daß auf der Wasserseite ein Werkstoff verwendet werden kann, der nur die Bedingung der Seewasserbeständigkeit zu erfüllen hat, während

  auf der Abgasseite nur hitzebeständiges Material mit hoher

  Wärmeleitfähigkeit erforderlich ist. Die am heißesten Teil

  des Abgaskühlere, nämlich am Gaseintritt, auftretende Bau-

  teiltemperatur kann durch die Anzahl der hier anzuordnenden

  Kühlwasserdurchflußwege im Verhältnis zu den äbgaadurchfluß-

  weg den darin eingelegten eng gewellten Zwischenlagen

  beeinflußt werden. Diese ergeben gleichzeitig eine hohe in-

  nere Festigkeit für den Abgaskühler, die noch durch löten

  der einzelnen Bauteile an allen gegenseitigen Berührungeetel-

  len, z.B: unter Zwischenlegen von lötfclien, die anachliea-

  send in einem Ofen zum Schmelzen gebracht werden, wesentlich

  erhöht werden kann. Durch die erreichte hohe innere 2estig-

  keit des Abgaskühlers kaer Wasserdruck und damit der

  Kühlmitteldurcheatz bzw: die Kühlerleistung sehr hoch ge-

  halten werden.

  In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung

  dargestellt. Es zeigen.

  Pig: 1 den Abgaskühler im Schnitt' quer zu seiner Länge-

  achee,

  Big. 2 einen Schnitt nach der knie IT-Ider P,g. 19

  g- 3 den' auf, einer Brennkraftmaschine angeordneten

  Abggekühler und

  7ig.. einen Schnitt nach der Linie IV-IV der Yig.

  Der Abgaskühler W ist aus vielen einzelnen, in kleinen A31..

  ständen parallel zueinander liegenden Platten 11 zusammengs-

  aetztg ,schon denen DurchfluBwege für die beiden am

  austausch beteiligten Medien verlaufen, und zwar Durchflußwege 12 für die aus der Brennkraftmaschine B strömenden Abgase 13 und Durchflußwege 14 für das den Wärmeaustauscher W andererseits beaufschlagende Kühlwasser 15, z.B. Seewasser. Innerhalb der Durchilußwege 12 und 14 sind zur Vergrößerung der wärmeaufnehmenden bzw. wärmeabgebenden Oberfläche iiniagen in form von gewellten Blechen vorgesehen, und zwar in den Abgaswegen 12 mehrere enggewellte Bleche 16 und in den Kühlwasserwegen 14 je ein weltgewelltes Blech 17. Die Abgaswege 12 sind an der Vorder- und Rückseite des Närmetauschers W durch Abstandsleisten 18 und die Kühlwasserwege 14 sind an der unteren und oberen Seite des Wärmeaustauschers W durch Abstandeleisten 19 abgeschlossen.
• Der am Abgaskühler W vorgesehene Abgaseintritt 21, dem die Abgase 13 der Brennkraftmaschine B über einen Abgaszufuhrkanal 27 zuströmen, befindet sich auf der den Zylinderköpfen bzw. den Auspuffkanälen 20 der Brennkraftmaschine B zugewandten unteren Seite des Wärmetauschers W, und zwar erstreckt er sich beim Ausführungsbeispiel bis etwa ein Drittel der Länge dieser Seite. Die Abgase 13 durchströmen den Wärmeaustauscher W im vorliegenden Fäll dreimal und werden hierbei zweimal,umgelenkt, und zwar durch eine obere ümlenkhaube 22 und eine untere umlenkhaube 23, die beide den Wärmetauscher W in drei nebeneinander liegende Abgas Durchströmabschnitte 28,29 und 30 mit jeweils mehreren Durchströmwegen 12 und. 14 unterteilen. Die abgekühlten Abgase 13a verlassen den Wärmetauscher W über den Abgasaustritt 31 und.-werden in einem auf der Oberseite des Wärmeaustauschers W gelegenen Abstrßmkanal 24 gesammelt und abgeführt. Im Rahmen der Erfindung besteht durchaus die Möglichkeit, in einfacher Weise die ganze untere Seite des Abgaskühlers W als Abgaseintritt zu benutzen, so

  daß die .Abgase den Abgaskühler nur einmal. durchströmen.

  Bei einem Motor mit geschlossenem Arbeitskreislauf werden

  anschließend die abgekühlten Abgase 13a. mit Sauerstoff und

  Brennstoff angereichen und wieder den Motorzy«.lA.indern zage-

  führt. Der KühlWassereintritt 25 erfolgt vorn. an der Stirn.-

  wend und der Kühlwaseeraustritt 26 liegt an der Rückwand

  des, Wärmetauschers W..

  Der Wärmeaustauscher W ist so aufgebaut und angeordnet, daß

  seine fünf dem Motor nicht zugewandten Seiten, also seine

  sämtlichen Außenflächen verhältnismäßig kühl gehalten sind,

  und zwar geschieht dies dadurch, daß auf seiner linken und

  rechten Außenseite je ein Kühlwasserkanal 'i4a 'vorgesehen ist'

  während seine obere Seite vom Abströmkanal ?4 gebildet wird,

  in dem. die bereite abgekühlten Abgase 13a strömen. Die S-trn.-

  wand 25 und die Rückwand 26 des Wärmeaustauschers W werden .

  ohnehin vom Kühlwasser 15 beaufsehlagt: Dagegen ist die

  heiße untere Seite bzw. der.Abgaeeintritt 21 des Abgasküh-

  lern W der :Brennkraftmaschine B bzw. deren heißen Teilen

  zugewandte

Claims (2)

1. Patentansprüche 1. Wärmeaustauscher für Brennkraftmaschinen, insbesondere Abgaskühler für Brennkraftkolbenmaschinen mit geschlossenem Arbeitsmittelkreislauf, wobei die einzelnen Durchflußwege der am Wärmeaustausch beteiligten beiden Medien, nämlich Abgas einerseits und Kühlmittel, z.B. eine Kühlflüssigkeit,andererseits, getrennt voneinander und miteinander abwechselnd zwischen einzelnen parallelen Platten und seitlichen Abstandsleisten, aus denen der Abgaskühler hauptsächlich aufgebaut ist, verlaufen, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgaskühler (W) mit seinem Abgaseintritt (21) dem Abgasaustritt (20) der Brennkraftkolbenmaschine (B) zugewandt auf derselben angeordnet ist und sich mit verhältnismäßig niedriger Bauhöhe über die ganze Länge der Zylinderreihe oder -reihen erstreckt, während sein Abgasaustritt (31) in an sich bekannter Weise seinem Abgaseintritt (21) gegenüber liegt, und daß der Durchfluß des Kühlmittels (15) in Längsrichtung erfolgt, mit dem Kühlmitteleintritt (25) auf der einen Stirnseite und dem Kühlmittelaustritt (26) auf der anderen Stirnseite des Abgaskühlers (W), wobei, die auf seinen hängeseiten verlaufenden beiden äußeren Durchflußwege (14a) als Kühlmitteldurchflußwege vorgesehen sind.
2. 2. Abgaskühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß derselbe mit seinem Abgaseintritt (21) unmittelbar auf dem Abgasaustritt (20) aufgesetzt ist bzw. am Abgaseammelflansch der Brennkraftmaschine (B) angeflanscht ist. 3. Abgaskühlem nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeich- net, daß die Durchflußwege (12) für die Abgase (13) der Brennkraftmaschne (B) in ihrer lichten Weite in an sich bekannter Weise größer gehalten sind als die Durchfluß- wege (14) für das flüssige Kühlmittel (15), z.B. Seewas- ser, und daß in den Durchflußwegen (12) für die Abgase (13) Einlagen (16). mit sehr enger Wellung$ dagegen in den Durchßlußwegen für das flüssige Kühlmittel ,Einlagen (17) mit weiter ellung eingesetzt sind. q.. Abkaskühler nach Anspruch 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine dreimalige Führung der Abgase (13) durch den Abgas- kühler (R1) in drei nebeneinander angeordneten, aus jeweils mehreren einzelnen; Durehflußwegen bestehenden Abxas-Durch- etrömabschnitten (28,2ß und 3p)v die von den Abgasen (13-) hintereinander zuerst von unten nach oben, dann von oben nach unten und dann wieder von unten nach oben durchströmt werden, mit Hilfe einer ersten (oberen) Umlenkhaube (22) die von der einen Längsseite über etwa zwei Drittel der Breite des Abgaskühlere (W) greißt# und mit Hilfe einer .zweiten unteren Umlenkhaube (23), die von der anderen Zängeseits über etwa zwei Drittel der Breite des Abgas-- kühlere (W) greift, so daß etwa ein Drittel der Unterseite des Abggskühlers M als Abgaseintritt (21) frei bleibt. 3. nach Anspruch I b:.e 4, dadurch gekennzeichnet t dgß im ersten Abgas- Durchströmabsch.tt (28) eine kleinere Anzahl von einzelnen -Abgaedurehflu9we en (12) vorgesehen ist als Kühlmittelwege (14). Abgaakühler nach einem oder mehreren. der vorhergehenden AnaprUche, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Oberseite desselben ein Abgas Abatrömkanal (24) angeordnet ist, der von der einen i!äxaseite bis zur anderen Längsseite des Abgaskühlers (äff) greift und dabei die obere Umlenkhaube (22) überdeckt. 7# Abgaskühler nach einem oder mehreren. der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelteile des Kühlerpaketis, nämlich-die glatten (11), die Abstands- leisten (18 Lund 19) tuid die gewellten. Einlagen (16 und 17) mit einem Lot versehen sind; das nach dem Zusammenbau der Einzelteile zum Schmelzen, z.B. in. einem dafür geeigneter Ofen., gebracht wird, so daß an allen, gegenseitigen Be- rühxungsatellen eine feste Verbindung entsteht.