DE2742745B2 - Wärmetauscher - Google Patents
WärmetauscherInfo
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- F28D21/0005—Recuperative heat exchangers the heat being recuperated from exhaust gases for domestic or space-heating systems
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- B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
- B60H1/00321—Heat exchangers for air-conditioning devices
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Description
Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher zum Wärmetausch zwischen zwei strömenden Medien,
bestehend aus einem Körper mit mindestens einem Paar einander gegenüberliegender, gegeneinander offener
Halbschalen, die bei mehreren Paaren nebeneinander angeordnet sind und Kammern für einen Gasstrom
bilden.
Ein Wärmetauscher dieser Art ist beispielsweise durch die DE-PS 7 39 116 und durch die DE-PS 8 86 918
bekannt. Er ermöglicht den Austausch von Wärme zwischen den beiden strömenden Medien, wobei
beispielsweise ein erhitztes Gas durch die mit den 'Halbschalen gebildeten Kammern hindurchgeführt und
eine Flüssigkeit außen an den Kammern vorbeigeführt wird. Dabei ist im Sinne eines anzustrebenden
optimalen Wärmeübergangs eine möglichst großflächige Wechselwirkung zwischen den beiden Medien
anzustreben, was bedeutet, daß die Flüssigkeit möglichst -an der gesamten Außenfläche der Kammern vorbeizuführen
ist.
Die beiden vorstehend genannten Druckschriften , betreffen die Konstruktion der Kammern für die
Gasführung, geben jedoch keinen Hinweis darauf, wie etwa ein Wärmetauscher aufgebaut sein muß, um bei
möglichst einfachem Aufbau eine optimale Vorbeiführung der Flüssigkeit an seinen Kammern zu gewährleisten.
Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, einen Wärmetauscher anzugeben, der bei Ausnutzung des
bekannten Kammerprinzips sehr einfach zu einem kompakten Block ergänzt werden kann, in dessen
Innenraum die Flüssigkeit möglichst optimal an den Kammern vorbeigeführt werden kann.
Ein Wärmetauscher eingangs genannter Art ist zur Lösung dieser Aufgabe erfindungsgemäß gekennzeichnet
durch je ein Abdeckelement, das mit den ί Halbschalen Kanäle für eine Flüssigkeit begrenzt.
Durch diese Konstruktion ist es möglich, einen Wärmetauscher aus nur zwei Arten unterschiedlicher
Grundelemente aufzubauen und doch eine großflächige Wechselwirkung zwischen den beiden Medien zu
erzielen. Zusätzlich zu den Halbschalen sind lediglich die Abdeckelemente erforderlich, die seitlich den Außenflächen
der Halbschalen gegenüberstehend anzuordnen sind. Zwischen den Abdeckelementen und den Halbschalen
ist dann ein Raum für die Flüssigkeitsströmung ausgebildet, der leicht durch den Abstand der Abdeckelemente
zu den Halbschalen so dimensioniert werden kann, daß bei einer vorgegebenen Strömungsgeschwindigkeit
ei.i für den Warmetausch optimaler Strömungsquerschnitt erreicht wird. D? ferner die nebeneinander
angeordneten Kammern mit ihrer Außenseite in : ^Richtung des Strömungsweges der Flüssigkeit einen
ssjaufend sich verändernden Abstand zu den Abdeckele-
Tmenten haben, wird eine Verwirbelung der Flüssigkeit
während ihres Vorbeiströmens an den Kammern Erzeugt, die den Warmetausch besonders begünstigt.
Infolge des kompakten Aufbaus kann ein Wärmetauscher nach der Erfindung auch direkt beispielsweise an
eine Wärmekraftmaschine angebaut sein, ohne daß separate Verbindungsleitungen erforderlich waten. Der
kompakte Aufbau führt fern' zu einem hohen Verhältnis zwischen Wärmetauschfläche und innerem
Volumen, wodurch eine Erhöhung des Wärmetauschwirkungsgrades gegenüber bekannten Einrichtungen
dieser Art erzielt wird.
Der Wärmetauscher kann in weiterer Ausbildung des Erfindungsgedankens noch verbessert werden, wenn die
durch die Halbschalen gebildeten Kammern eine im lotrechten Längsschnitt gewellte Form aufweisen.
Dadurch wird die Wärmetauschfläche und damit ihr
■»ο Verhältnis zum inneren Volumen des Wärmetauschers
weiter erhöht.
Eine weitere Verbesserung des Wärmetauschs ergibt sich, wenn die sich in Längsrichtung des Wärmetauschers
erstreckenden Kammern an ihren einander benachbarten Enden so miteinander verbunden sind,
daß sie für ein durch sie geführtes Gas einen mäanderförmigen Strömungsweg bilden. Dadurch wird
die Durchlaufzeit des Gases durch den Wärmetauscher insgesamt verlängert und außerdem ist eine gleichmäßigere
Erwärmung aller Kammern gewährleistet.
Vorteilhaft können in den Abdeckelementen Innenrippen
zur Versteifung und zur Strömungslenkung vorgesehen sein. Diese Innenrippen können nämlich so
angeordnet werden, daß sie die Strömung der Flüssigkeit an den Außenseiten der Kammern in
zwischen den Kammern gebildete Zwischenräume Jenken, wodurch die möglichst großflächige Wechselwirkung
zwischen den beiden Medien weiter verbessert wird.
Die Halbschalen und die Abdeckelemente weisen zweckmäßig angegossene Eintritts- und Austrittselemente
für Gas und Flüssigkeit auf. Dadurch erübrigen sich besondere Eintritts- und Austrittsanschlüsse, die
zusätzlich an ein eventuelles separates Gehäuse angebaut werden müßten. Dies erweist sich als
besonders günstig, wenn aus wenigen Grundelementen Wärmetauscher unterschiedlicher Größe zu fertigen
sind.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren
beschrieben. Es zeigt
F i g. I eine vordere Seitenansicht in einem Teilschnitt
I-I nach Fig.2 für einen Wärmetauscher nach der
E; Indurig ohne Abdeckungen,
Fig.2 eine Draufsicht mit einem Schnitt II-II nach
Fig. 1.
F i g. 3 den Schnitt NI-III nach F i g. 2 mit angebauten Abdeckungen, und
Fig.4 eine Vorderansicht eines Wärmetauschers
nach der Erfindung mit angebrachten Abdeckungen.
In den Figuren ist ein Zylinderkopf 1 einer
Brennkraftmaschine dargestellt, an der mit Schrauben 2 ein Wärmetauscher 3 nach der Erfindung befestigt ist.
Der Wärmetauscher 3 kann aus Leichtmetallguß, beispielsweise aus Aluminium, bestehen.
Der Wärmetauscher 3 besteht aus zwei Halbschalen 4 und 5, die identisch ausgebildet und zueinander
symmetrisch angeordnet sind. Jede Halbschale 4 und 5 hat eine gewellte Wandung 6 im Querschnitt, die mit
flachen Innenflächen 7 versehen ist, die in gegenseitiger flachiger Berührung stehen. Die Halbschalen 4 und 5
_ 'sind durch Schrauben 8 miteinander verbunden. " Durch geeignete Formgebung der Wände 6 sind
zwischen den Haibschaien 4 und 5 vertikal ausgerichtete Kammern 9 gebildet, die in Längsrichtung in mehreren
Reihen angeordnet sind, welche paarweise an abwechselnden Enden miteinander verbunden sind, so daß ein
maanderförmiger Strömungsweg im Wärmetauscher 3 gebildet ist Jede Kamner 9 hat einen gewellten jo
Längsschnitt 10, wie er in F i g. 2 dargestellt ist.
Die in Fig.2 gezeigten Pfeile verdeutlichen die Gasströmung durch den Wärmetauscher. Die beiden
Halbschalen 4 und ' bilden nach dem Zusammenbau längs einer Kante mehrere Gaseintrittskanäle 11, die auf
entsprechende Abgasöffnungen eines Zylinderkopfes 1 einer Brennkraftmaschine (F i g. 2) ausgerichtet und mit
diesen verbunden sind. Die Eintrittskanäle 11 sind beim
Gießen der Haibschaien vorgeformt, und in dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind vier Eintrittskanale
11 vorgesehen. In der gegenüberliegenden Kante der mit den beiden Halbschalen 4 und 5 gebildeten
Anordnung ist ein einzelner Gasaustritt 12 vorgesehen.
Die Außenwände 16 und 17 der Halbschalen 4 und 5 sind mit Umfangsflanschen 13 mit etwa Rechteckform
versehen, in denen öffnungen 14 unterschiedlicher . Form angeordnet sind. Ferner sind hier unter gleichmä-'
ßigem Abstand mit Gewindebohrungen versehene Ansätze 15 vorgesehen.
Abdeckelemente 18 und 19 sind außen an den Halbschalen 4 und S mit Schrauben 20 befestigt, die
durch die Ansätze 15 geführt sind. Jede Abdeckung 18, 19 hat Innenrippen 21 und jeweils einen Anschlußstutzen
in Form einer ringförmigen hochstehenden ,Wandung, der einen Flüssigkeitseintritt 22 bzw. einen
Flüssigkeitsaustritt 23 bildet
Wie aus F i g. 3 hervorgeht, bietet der Zwischenraum !24 zwischen den Halbschalen 4, 5 und den Abdeckelemen
ten 18, ί 9 eine beachtliche Strömungskapazität.
Der dargestellte Wärmetauscher dient zur Aufheizung von Wasser unter Ausnutzung der Abgase einer
Wärmekraftmaschine, beispielsweise einer Brennkraftmaschine als Wärmequelle. Die dem Wasser zugeführte
Wärmeenergie wird dann weiter ausgenutzt.
Heiße Abgase werden durch die Eintrittskanäle 11 des Wärmetauschers 3 aus den Abßasöffnungen des
Maschinenzylinderkopfes 1 eingeführt. Die heißen Gase gelangen in die Kammern 9 und strömen durch die
paarweise angeordneten Kammern parallel, so daß sie über einen mäanderförmigen Weg durch den Wärmetauscher
geführt werden. Die Gase werden dann durch den Austrittskanal 2 abgeführt. Der Strömungsweg der
Gase ist in F i g. 2 durch Pfeile dargestellt
Während des Durchgangs durch den Wärmetauscher 3 geben die Gase ihre Wärme auf das Wasser ab,
welches durch den umgebenden Zwischenraum 24 strömt. Das Wasser wird bei 22 eingeführt, strömt durch
die öffnungen 14 und wird bei 23 wieder abgeführt, nachdem es Wärme durch Wärmeaustausch' mit den
heißen Abgasen aufgenommen hat.
* Bei seinem Durchgang durch den Wärmetauscher erfährt das Wasser eine gewisse verschlungene und turbulente Bewegung, die für einen wirksamen Wärmeaustausch vorteilhaft ist Hierzu tragen die Innenrippen 21 an den Abdeckungen 18 und 19 bei, die zusätzlich zu einer Strömungslenkung eine Versteifung der Abdeckelemente bewirken.
* Bei seinem Durchgang durch den Wärmetauscher erfährt das Wasser eine gewisse verschlungene und turbulente Bewegung, die für einen wirksamen Wärmeaustausch vorteilhaft ist Hierzu tragen die Innenrippen 21 an den Abdeckungen 18 und 19 bei, die zusätzlich zu einer Strömungslenkung eine Versteifung der Abdeckelemente bewirken.
Die Bestandteile des Wärmetauschers sind vorteilhaft nach dem Modulprinzip ausgebildet, so daß die
Abdeckungen 18, 19 und die Halbschalen 4, 5 auseinandergebaut und durch Elemente anderer Kapazität
ersetzt werden Können. Durch das Modulprinzip kann die Leistung des Wärmetauschers erforderlichenfalls
erhöht werden.
Durch Entfernung einer der Abdeckungen 18,19 kann ein weiteres Paar von Halbschalen 4, 5 eingesetzt und
mit Schrauben 20 entsprechend größerer Länge zusammengeschraubt werden. In diesem Fall werden
der Gasaustritt 12 und der Wasseraustritt 23 des bereits vorhandenen Wärmetauschers über geeignete Leitungen
mit dpn Kammern 9 des Zusatzkörpers bzw. mit dem zusätzlichen Abdeckungselement verbunden, so
daß trotz der vertauschten Funktionen des Flüssigkeitseintritts und -austritts der zusätzliche Wärmetauscher
eine weitere Stufe des Wärmeaustausche zwischen den heißen Gasen und dem Wasser ermöglicht
Durch die Erfindung wird ein Wärmetauscher geschaffen, der besonders praktisch und leistungsfähig
ist und aus nur vier Grundbestandteilen als Aluminium-Gußkörper hergestellt werden kann. Diese Konstruktion
vermeidet besondere Eintritts- und Austrittsanschlüsse, da die Eintritte und die Austritte für Gas bzw.
Flüssigkeit in den Halbschalen und in den Abdeckelementen vorgesehen sind.
Das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel sowie seine Herstellungsweise können in weiten
Grenzen variiert werden, ohne vom Grundgedanken der Erfindung abzuweichen.
Hierzu 4 Blatt Zeichnungen
Claims (5)
1. Vv.irmetauscher zum Wärmetausch zwischen
zwei strömenden Medien, bestehend aus einem Körper mit mindestens einem Paar einander
gegenüberliegender, gegeneinander offener Halbschalen, die bei mehreren Paaren nebeneinander
angeordnet sind und Kammern für einen Gasstrom bilden, gekennzeichnet durch je ein Abdeckelement
(18,19), das mit den Halbschalen (4,5) Kanäle (24) für eine Flüssigkeit begrenzt.
2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die Halbschalen (4,5)
gebildeten Kammern (9) eine im lotrechten Längsschnitt gewellte Form aufweisen.
3. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die sich in Längsrichtung
des Wärmetauschers erstreckenden Kammern (9) an ihren einander benachbarten Enden so
miteinander verbunden sind, daß sie für ein durch sie geführtes Gas einen mäanderförmigen Strömungsweg bilden.
4. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in den
Abdeckelementen (18, 19) Innenrippen (21) zur Versteifung und zur Strömungslenkung vorgesehen
sind.
5. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die
Halbschalen (4,5) und die Abdeckelemente (18, 19) angegossene Eintritts- und Austrittselemente (11,12,
22,23) für Gas und Flüssigkeit aufweisen.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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Publications (3)
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DE2742745A1 DE2742745A1 (de) | 1978-03-30 |
DE2742745B2 true DE2742745B2 (de) | 1979-06-13 |
DE2742745C3 DE2742745C3 (de) | 1980-02-14 |
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ID=11311777
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
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Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE2742745C3 (de) |
FR (1) | FR2365770A1 (de) |
GB (1) | GB1551577A (de) |
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Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE3223365A1 (de) * | 1982-06-23 | 1983-12-29 | Klöckner-Humboldt-Deutz AG, 5000 Köln | Ober- bzw. unterkasten fuer waermetauscher |
ATE45029T1 (de) * | 1985-04-09 | 1989-08-15 | Hengst Walter Gmbh & Co Kg | Kuehler fuer verbrennungsmotoren. |
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- 1976-09-23 IT IT69292/76A patent/IT1070488B/it active
-
1977
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- 1977-09-21 FR FR7728483A patent/FR2365770A1/fr active Granted
- 1977-09-22 DE DE2742745A patent/DE2742745C3/de not_active Expired
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
IT1070488B (it) | 1985-03-29 |
FR2365770B1 (de) | 1981-07-03 |
GB1551577A (en) | 1979-08-30 |
DE2742745C3 (de) | 1980-02-14 |
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FR2365770A1 (fr) | 1978-04-21 |
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