DE2903805C2 - Wärmetauscher - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher mit einem äußeren und einem inneren Rohr, die beide an ihren Enden dicht miteinander verbunden sind, einen ringförmigen fviediumskanal bilden und an ihren einander abgewandten Enden eh;.η Einlaß- und einen Auslaßfitting zum Zu- und Abführen des Mediums zum und vom Mediumskanal auf we ten, in dem ein Verwirbler angeordnet ist.

Bei einem bekannten Wärmetauscher dieser Art (DE-OS 15 51 512) soll die Strömung des zu kühlenden Mediums durch den Verwirbler in eine Mehrzahl von Teilströmen unterschiedlicher Strömungsrichtung aufgespalten werden, die sich unter ständig erneutem Zusammentreffen und erneutem Aufspalten unter abwechselndem Auftreffen und Wiederentfernen von den Rohrwänden durch den Mediumskanal winden. Die Ableitung der Wärme des zu kühlenden Mediums erfolgt somit nur durch das Auftreffen auf die Rohrwände. Die Leitwände des Verwirblers nehmen die Temperatur des zu kühlenden Mediums an, können diese jedoch nicht an die Rohre weiterleiten, da zwischen diesen und den Leitwänden des Verwirblers nur sehr kleine Berührungsflächen vorgesehen sind.

Bei einem anderen bekannten Wärmetauscher dieser Art (US-PS 23 22 284) ist der Verwirbler durch radial zur Achse der Rohre stehende ausgebogene Bleche gebildet, die durch Halteringe fest gegen die äußere Mantelfläche des inneren Rohres gedrückt sind. Auch hier ist die Berührungsfläche der vom zu kühlenden Medium umspülten Verwirblerelemente mit den Rohren sehr klein, so daß auch hier nur ein geringer Wärmeaustausch zwischen diesen besteht. Auch bei einem weiteren bekannten Verwirbler der vorgenannten Art (US-PS 29 90 163) sind die Abmessungen der Rohre und des Verwirblers so gewählt, daß diese Teile durch Ineinanderschieben leicht zusammengefügt werden können. Um eine gute Anlage des Verwirblers an den radial innen und außen liegenden Wänden des Mediumskanals zu bewirken, wird eine Kugel, die einen etwas größeren Durchmesser als den Innendurchmesser des inneren Rohres hat, durch das innere Rohr hindurchgedrückt, um dieses aufzuweiten. Durch Aufweiten des inneren Rohres wird der Verwirbler in enge Anlage an die Wände des inneren und äußeren Rohres gedrückt, um eine enge Berührung mit den Innenwänden zu haben. Dies setzt jedoch voraus, daß die hülsenförmigen Verwirbler eine ausreichende Kompressionsfestigkeit in radialer Richtung haben, um den Kräften zu widerstehen, den sie während des Ausdeh nens des inneren Rohres ausgesetzt sind. Bei dem bekannten Wärmetauscher ist die gesamte Weite des Mediumskanals von einem einzigen hülsenförmigen Verwirbler ausgefüllt Aus diesem Grunde muß die gesamte Weite oder Dicke der Verwirblerhülse etwas kleiner als die Weite des Kanals vor dem Ausdehnen des inneren Rohres sein. Die Gesamtweite oder -dicke der Verwirblerhülse ist in erster Linie durch die Höhe der Verwirbelungen erzeugenden Vorsprünge bestimmt, da der Verwirbler aus relativ dünnem Blech gefertigt ist

μ Die Enden der Vorsprünge liegen an der Wand des Kanals an und der Vorsprung selbst muß den Kompressionskräften widerstehen, die auftreten, wenn das innere Rohr ausgedehnt wird. Wird die Höhe der Vorsprünge vergrößert, nimmt die Kraft ab, wenn die Stärke des Bleches konstant bleibt Aus diesem Grunde ergibt sich bei dem bekannten Wärmeaustauscher eine obere Grenze der Weite des Mediumskanals ohne Gefahr zu laufen, daß ein Zusammendrücken der Verwirblervorsprünge erfolgt

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannten Wärmetauscher der vorbeschriebenen Art dahingehend zu verbessern, daß der im Mediumskanal angeordnete Verwirbler den Kompressionskräften beim Ausweiten des inneren Rohrs widersteht ohne daß die Gefahr besteht, daß ein Deformieren der Ausbiegungen oder Wellungen des Verwirblers eintreten kann.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst daß der Verwirbler aus mehreren, teleskopartig ineinandergeschobenen Verwirblerhülsen besteht, die jeweils Längsreihen von Wellungen umfassen, wobei jede Reihe der Wellungen zu den direkt benachbarten Wellenreihen versetzt ist daß zwischen benachbarten Verwirblerhülsen ein Trennelement angeordnet ist und daß die Wellungen der Verwirblerhülsen wärmeleitend dicht an den Mantelflächen des Trennelementes und der Rohre anliegen.

Auf diese Weise wird die gesamte radiale Abmessung des Mediumskanals durch mehrere, teleskopartig ineinandergeschobene Verwirblerhülsen ausgefüllt, so daß die Höhe der Wellungen bzw. der Vorsprünge jeder Verwirblerhülse in annehmbaren Grenzen gehalten werden kann, um ein Zusammenbrechen beim Komprimieren zu verhindern. Darüber hinaus wird erreicht, daß die einen Wärmeübergang von den Verwirblerhülsen über das Trennelement zu den Rohren bewirkenden Berührungsflächen der Wellungen und der Mantelflächen vergrößert werden. Schließlich wird durch die wärmeleitende dichte Anlage der Wellungen der Verwirblerhülsen an den Mantelflächen ein besserer Übergangskontakt geschaffen, so daß die Ableitung der Wärme vom zu kühlenden Medium erheblich verbessert ist.

Um den Zusammenbau des Wärmetauschers weiter zu erleichtern, kann das Trennelement aus zwei in

Längsrichtung geteilten Hälften bestehen.

Der erfindungsgemäße Wärmetauscher wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, das in der Zeichnung dargestellt ist. In dieser

Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine Seitenansicht des Ausführungsbeispiels des Wärmetauschers, der zum Teil aufgebrochen dargestellt ist,

F i g. 2 eine Ansicht aus der Ebene 2-2 in F i g, I und

F i g. 3 eine vergrößerte Ansicht eines Teiles des in F i g. 1 dargestellten Wärmetauschers.

Der in F i g. 1 veranschaulichte Wärmetauscher ist als Ganzes mit 10 bezeichnet Der Wärmetauscher 10 ist ein doppelter konzentrischer rohrförmiger Wärmetauscher, bei dem zwei rohrförmige Wärmetauscher parallel zueinander angeordnet sind. Diese Ausgestaltung erhöht die Oberfläche, die zur Wärmeübertragung zur Verfügung steht und erhöht daher die thermische Wirksamkeit des Wärmetauschers.

Der Wärmetauscher 10 umfaßt ein äußeres rohrförmiges Teil 12 und ein inneres rohrförmiges Teil 14. Das äußere rohrförmige Teil umfaßt ein äußeres Rohr 16 und ein inneres Rohr 18. Die beiden Rohre 16 und 18 sind an ihren Enden 20 und 21 dicht miteinander verbunden, um einen dichten Ringkanal 22 zum Leiten des zu kühlenden Mediums, insbesondere Öl zu schaffen. Mit Innengewinde versehene Einlaß- und Auslaßfittinge 24 und 26 sind an den einander abgewandten Enden des äußeren rohrförmigen Teils 12 angeordnet, um das zu kühlende Medium zu dem Wärmetauscher 10 hin und von diesem weg zu leiten. Die Einlaß- und Auslaßfittinge 24 und 26 sind auf Sattel 28 geschweißt, wie F i g. 2 zeigt, um die Einlaß- und Auslaßfittinge 24 und 26 an dem äußeren rohrförmigen Teil 12 zu befestigen.

Der innere rohrförmige Teil 14 ist von einfacher Konstruktion, jedoch schmaler in der Abmessung, so daß der Teil 14 konzentrisch im äußeren rohrförmigen Teil 12 angeordnet werden kann. Der innere rohrförmige Teil 14 umfaßt ein äußeres Rohr 30 und ein inneres Rohr 3X Diese beiden Rohre 30 und 32 sind an ihren Enden 34 und 35 zur Bildung eines Ringkanals 36 zwischen diesen und zur Aufnahme einer Verwirblerhülse 56 dicht miteinander verbunden.

Die inneren und äußeren rohrförmigen Teile 12 und 14 sind in paralleler Lage zueinander durch kurze Verbindungsstücke 38 und 40 miteinander verbunden, die eine Flüssigkeitsverbindung zwischen den beiden rohrförmigen Teilen darstellen. Daher wird ein Teil des in den Ringkanal 22 des äußeren rohrförmigen Teiles 12 fließenden Mediums durch das Verbindungsstück 38 in den Ringkanal 36 in dem inneren rohrförmigen Teil 12 fließen. Am Auslaßende des Wärmetauschers fließt Medium vom Ringkanal 36 im inneren rohrförmigen Teil 14 durch das Verbindungsstück 40 und den Auslaßfitting 26.

Verwirbler sind in jedem der Ringkanäle 22 und 36 der beiden rohrförmigen Teile 12 und 14 angeordnet. Da die Weite des Ringkanals 22 im äußeren rohrförmigen Teil 12 größer ist als die Weite des Ringkanals 36 im inneren rohrförmigen Teil 14, wird im äußeren rohrförmigen Teil 12 ein doppelter oder gestapelter Verwirbler verwendet Dieser Verwirbler ist in Fig.3 dargestellt und umfaßt eine erste Verwii bierhülse 42 und eine zweite Verwirblerhülse 44. Die zweite Verwirblerhülse 44 hat einen Außendurchmesser, der kleiner als der Innendurchmesser der ersten Verwirblerhülse 42 ist, so daß sie teleskopartig in der ersten Verwirblerhülse 42 angeordnet werden kann. Die Verwirblerhülsen sind aus dünnem Blech gefertigt, das eine gute Wärmeleitfähigkeit hat. Das Blech ist gestanzt und in Querrichtung getrennt, um Verwirbelungen erzeugende Vorsprünge «1 bilden. Genauer gesagt, das Blech ist geschlitzt und gezogen, um nebeneinander längliche Reihen von abwechselnden Vorsprüngen zu bilden, die etwa die Gestalt von einer kegejstumpfartigen dreieckigen Wabe haben- Benachbarte Reihen der Vorsprünge sind versetzt, so daß die flachen Enden eines Vorsprungs sich in entgegengesetzte Richtungen zu den flachen Enden der benachbarten Vorsprünge erstrecken. Nach dem Bilden der Vorsprünge im Blech, wird dieses in die Form eines Zylinders oder einer Hülse gebracht, die die genaue Länge und den genauen Durchmesser hat Durch den Ringkanal 22 fließendes Medium muß wiederholte Richtungswechsel ausführen, wenn es auf die geneigten Seiten der Vorsprünge auftrifft und wird augenblicklich gezwungen, seitlich zu fließen.

Wie F i g. 3 zeigt liegen die flachen Enden, beispielsweise das Ende 46 der äußeren Verwirblerhülse 42 an der inneren Oberfläche des äußeren Rohres 16 an, während die flachen Enden beispielsweise das Ende 48 der inneren Verwirblerhülse 44 an der Oberfläche des inneren Rohres 18 anliegt

Um ein Ineinanderschieben der Vsrsprünge zu verhindern, ist ein Trennelement 50 zwischen den übereinandergeschobenen Verwirblerhülsen 42 und 44 vorgesehen. Bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Trennelement 50 durch eine zylindrische, aus dünnem Blech gefertigte Hülse gebildet Das Trennelement 50 ist aus zwei in Längsrichtung geteilten Hälften hergestellt Die beiden Hälften des Trennelementes 50 ermöglichen ein uneingeschränktes Ausdehnen der äußeren Verwirblerhülse 42 während des Ausdehnens des inneren Rohres 18. Die benachbarten flachen Enden der inneren und äußeren Verwirblerhülsen, nämlich die Enden 52 und 54 liegen an einander abgewandten Seiten des Trennelementes 50 an.

Die gestapelten Verwirblerhülsen bilden eine Verwirblereinheit, die kompressionsfester ist als eine einzige Verwirblerhülse gleicher Ausbildung. Paher kann beim Ausdehnen des inneren Rohres 18 genügend auswärts gerichtete Kraft angewandt werden, um eine dichte enge Berührung zwischen den entsprechenden Elementen der Einheit sicherzustellen. Es ist klar, daß dann, wenn der Abstand zwischen dem äußeren und dem inneren Rohr 16 und 18 vergrößert wird, weitere Verwirblerhülsen verwendet werden können. Die Lösung ist, daß die Höhe der einzelnen Vorsprünge durch Anordnen mehrerer Verwirblerhülsen, die teleskopartig ineinander angeordnet sind, reduziert wird.

Ein anderer Vorteil der Verwendung von mehreren oder gestapelten Verwirblerhülsen besteht darin, daß das Weitenmaß des gelochten Bleches vor dem Rollen der Hülsen standardisiert werden kann. Bei einem dopp'jttm rohrförmigen Wärmetauscher der vorbeschriebenen Art wird der Ringkanal 36 in dem inneren rohrförmigen Teil in den meisten Fällen kleiner als der Ringkanal 22 im äußeren rohrförmigen Teil sein. Wenn ein einziger Verwirbler in beiden Ringkanälen verwendet werden würde, wären zwei unterschiedlich bemessene Verwirblerhülsenbleche erforderlich. Durch Verwenden eines Mehrhülsenverwirblers kann die Weite de» Ringkanals im äußeren rohrförmigen Teil 12 als ein Vielfaches der Weite des Ringkanals im inneren rohrförmigen Teil 14 bemessen sein (wobei die Dicke des Trennelementes in Betracht zu ziehen ist). Daher kann eine Verwirblerhülse von Einheitsbemessung für beide Ringkanäle hergestellt werden. Infolgedessen ist eine einzige Verwirblerhülse 56 im inneren rohrförmi-

gen Teil verwendet, die die gleiche Weite oder Dicke hat, wie die Verwirblerhülsen 42 und 44 in dem äußeren rohrförmigen Teil 12. Während die Weite der Verwirblerhülsen standardisiert werden kann, muß sich der Durchmesser ändern.

Im Betrieb wird öl vom Getriebe über eine in der Zeichnung nicht dargestellte Leitung durch den Einlaßfitting 24 in die beiden rohrförmigen Teile 12 und 14 geleitet. Das Ul fließt durch die Ringkanäle 22 und 36 zum Auslaßfitting 26. Das öl wird gezwungen, einen gewundenen Weg zu fließen, da in den Ringkanälen die Verwirblerhülsen angeordnet sind, die einen verwirbel-

ten Pluß erzeugen und die Wärmeübertragung vergrößern. Die Motorkuhlflüssigkeit im Radiator, in dem der Wärmetauscher 10 angeordnet ist. umströmt den äußeren rohrförmigen Teil 12, fließt durch den Ringraum zwischen den äußeren und inneren rohrförmigen Teilen 12 und 14 und durch den inneren rohrförmigen Teil 14. Dabei nimmt das Kühlmittel Wärme vo diesen Oberflächen auf und verringert die Temperatur des Öles. Wenn das öl den Auslaßfitting 26 erreicht hat, fließt es durch eine in der Zeichnung ebenfalls nicht dargestellte Leitung zurück zum Getriebe.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Wärmetauscher mit einem äußeren und einem inneren Rohr, die beide an ihren Enden dicht miteinander verbunden sind, einen ringförmigen Mediumskanal bilden und an ihren einander abgewandten Enden einen Einlaß- und einen Auslaßfitting zum Zu- und Abführen des Mediums zum und vom Mediumskanal aufweisen, in dem ein Verwirbler angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Verwirbler aus mehreren teleskopartig ineinander geschobenen Verwirblerhülsen (42, 44) besteht, die jeweils Längsreihen von Wellung umfassen, wobei jede Reihe der Wellungen zu den direkt benachbarten Wellungsreihen versetzt ist, daß zwischen benachbarten Verwirblerhülsen (42, 44) ein Trennelement (50) angeordnet ist und daß die Wellungen der Verwirblerhülsen (42, 44) wärmeleitend dicht an den Mantelflächen des Trennelementes (50) und der Rohre (16,18) anliegen.

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Trennelement (50) aus zwei in Längsrichtung geteilten Hälften besteht