DE2904700A1

DE2904700A1 - Vorrichtung zum austauschen der waerme zwischen einem gas und einem fluessigen oder gasfoermigen stroemungsmittel und zum daempfen des durch das gas bewirkten schalls, insbesondere fuer eine brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE2904700A1
Application number: DE19792904700
Authority: DE
Inventors: Viktor Ing Grad Brost
Original assignee: Kuhlerfabrik Langerer and Reich GmbH and Co KG
Current assignee: Kuehlerfabrik Laengerer & Reich & Co Kg 7024 GmbH
Priority date: 1979-02-08
Filing date: 1979-02-08
Publication date: 1980-08-28

Description

"Vorrichtung zum Austauschen der Wärme zwischen einem Gas und
einem flüssigen oder sasförmigen Strömungsmittel und zum Dämpfen des durch das Gas bewirkten Schalls, insbesondere für eine Brennkraftmaschìne" Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung entsprechend dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Bei einer bekannten Vorrichtung der vorgenannten Art ist das mit einer Scheidewand und mit Öffnungen in seiner Rohrwand versehene Gasrohr von einem Schalldämpfraum umgeben, in dem eiii Kranz achsparallel dazu angeordneter Wärmeaustauschrohre untergebracht ist. Das in das Gasrohr einqespeiste C-as tritt durch dessen Öffnungen in den hohlzylinderartien, von den Wärmeaustauschrohren durchsetzten Raum ein und kehrt nach dem Vorbei fließen an der Scheidewand wieder in das Gasrohr zurück Bei dieser Bauform wird das Gasrohr stark aufgeheizt und die Wärmeaustauschrohre werden nur in ihren im Bereich der Scheidewand liegenden mittleren Teilen von der gesamten Gasmenge umflossen, weshalb am Anfang und am Ende der Wärmeaustauschrohre jeweils nur ein geringer Wärmeübergang stattfindet. Die bekannte Vorrichtung hat deshalb eine verhältnismäßig lange Bauform, die schwierig unterzubringen ist (DE-PS 696 033»--.
Ein bekannter Wärmeaustauscher hat in einen zyl.inSersormiqerl Gehäuse ein koaxial angeordnetes Zufuhrrohr fur die zu kühlende Flüssigkeit. In dem vom Zuflußrohr und vom Cehäuse gebildeten hohlzylinderartigen hohlraum ist eine in Form von zwei unterschiedliche Durchmesser aufweisenden Kreiszylindern gewickelte Rohrschlange untergebracht. Das Zuflußrohr weist an seinem vom Anschlußteil abgewandten Ende Löcher für den Übertritt der zu kühlenden Flüssigkeit von dem Zuflußrohr in den die Kühlschlange aufnehmenden Raum auf (DE-OS 1 751 582t; Der vorliegenden Erfindung liegt ausgehend von der erstgenannten Vorrichtung die Aufgabe zuyrunde, eine kompakte Baueinheit mit hohem Wirkungsgrad, insbesondere in bezug auf den Wärmeaustausch zwischen dem Gas und dem Stromungsittel, zu schaffen. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale im Kennzeichnungsteil des Patentanspruches 1 erfindungsgemäß gelöst.
Wegen der Trennung des Z«7ärmeaustauschraumes und des Scha3ldämpfraumes durch die rohrförmige Trennwand wird der Wärmeaustauscher auf seiner qanzen Länge von dem Gas durchflossen. Am Ende des Wärmeaustauschers wird das Gas in den innerhalb des Wärmeaustauschers angeordneten Schalldämpfer umgelenkt. Die strömungsmäßige Hintereinanderschaltung von Wärmeaustauscher und in diesem untergebrachtem Schalldämpfer führt zu einer kompakten preisgünstigen Baueinheit.
Weitere Vorteile ergeben sich aus den übrigen Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung. In dieser ist eine Vorrichtung für eine Brennkraftmaschine zum Austauschen der wärme zwische-n d.eren Abgas und von Kühlwasser sowie zum DämDfen des d-urch.das Abgas bewirkten Schalles als Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindunq im Längsschnitt schematisch dargestellt.
Eine kreiszylinderförmige Außenwand 1 ist an ihrer in der Zeichnung oberen Seite mit einem ringförmigen Deckel 2 und an ihrer Unterseite mit einem lösbaren scheibenförmiqen Boden 3 versehen. Koaxial zur Außenwand 1 ist in dieser und mit Abstand zu dieser eine rohrförmige Trennwand 4 ancjeordnet, an deren Oberseite eine Deckelscheibe 5 und an deren Unterseite eine Bodenscheibe 16 angebracht sind. Die Scheiben 5 und 16 weisen jeweils ein Mittelloch gleichen Durchmessers auf.
Die Deckelscheibe 5 ist mit dem Deckel 2 mittels Schrauben 6 verbunden. Die Trennwand 4 ist kürzer als die Außenwand 1, so daß sich die Bodenscheibe 16 im Abstand vom Boden 3 befindet und dadurch ein Überströmspalt 7 entsteht.
Zwischen der Außenwand 1 und der Trennwand 4 ist ein hohlzylinderartiger Wärmeaustauschraum 8 vorhanden, in dem ein schraubenlinienförmig gewundenes Wärmeaustauschrohr 9 untergebracht ist. Das eine Ende des W§rmeaustauschrohres 9 is-t mit einer äußeren Zufluß leitung 10 und das andere Ende des Wärmeaustauschrohres 9 mit einer äußeren Abflußleitung 11 verbunden.
Das Wärmerustallschrohr 9 erstreckt sich über die ganze Höhe der Trennwand 4. Es kann einlagig oder zweilagig, bifilar gewickelt oder dgl. ausgebildet sein. Die Zuflußleitung 10 und die Abflußleitung 11 erstrecken sich durch den Boden 3 hindurch, der mittels Schrauben 12 lösbar mit einem an der Außenwand 1 befestigten Flansch verbunden ist, so daß das Wärmeaustauschrohr 9 zusammen mit dem Boden 3 aus dem von der Außenwand 1 und dem Deckel 2 gebildeten Gehäuse 1, 2 entfernt und wieder darin eingesetzt werden kann. Das Wärmeaustauschrohr 9 ist für den Durchfluß von Kühlwasser vorgesehen.
Anstelle von Kühlwasser kann auch ein anderes flüssiges oder gasförmiges Strömungsmittel verwendet werden. Der Abstand zwischen der Au,ßen>and1 und der Trennwand 4 wird vorzugsweise so gewählt, daß er dem Außendurchmesser des 11?ärmeaustauschrohres 9 entspricht oder nur wenig größer ist. Hierbei wird der Abstand zwischen den einzelnen Windungen des Wärmeaustauscilro}lres 9 der in der Zeiteinheit du-rchfließenden Gasmenge entsprechend bemes: tl, so daß sich diese im Wärmeaustauschraum 3 auf einer schraubenlinienförmigen Bahn bewegen kann.
An dem vom Boden 3 abgewandten Ende der Außenwand 1 ist ein radial angeordneter Zuflußstutzen 13 für den Zufluß von Abgas einer Brennkraftmaschine vorgesehen. Die Außenwand 1 ist von einer wärmedämmenden Isolierschicht 14 umgeben.
Innerhalb der Trennwand 4 ist mit radialem Abstand ein Schalldämpferrohr 15 angeordnet und an seinen Enden an der Deckelscheibe 5 bzw. der Bodenscheibe 16 befestigt. Das Schalldämpferrohr 15 weist in seiner Mitte eine Scheidewand 17 auf und ist auf seiner ganzen Länge mit runden, ovalen, rechteckigen oder dgl. durchgehenden Öffnungen 18 versehen, die stromauf und stromab der Scheidewand 17 liegen. Das Schalldämpferrohr 15 geht in den im wesentlichen den gleichen Durchmesser aufweisenden Abflußstutzen 19 über, der den Deckel 2 überragt. In dem zwischen der Trennwand 4 und dem Schalldämpferrohr 15 begrenzten Schalldämpferraum 20 sind rein schematisch dargestellte Schalldämpferelemente 21 untergebracht.
Die Trennwand 4 zusammen mit dem Schalldämpferrohr 15 kann nach dem Entfernen des Bodens 3 von der Außenwand 1 nach Lsen der Schrauben 6 ebenfalls aus der. Gehäuse 1, 2 herausgenommen und wieder darin eingesetzt werden Die als Tiriehbleche ausgebildeten Scheiben (Deckelscheibe 5 und Bodenscheibe 16) sind mit dem Rohr 4 bzw. 15 mittels Schweißpunkten verbunden.
Während des Betriebes der Vorrichtung tritt durch den Zuflußstutzen 13 Abgas einer Brennkraftmaschine in den Wärmeaustauschraum 3 ein. Durch die Zuflußleitung 10 tritt Kühlwasser in das Wärmeaustauschrohr 9 ein und durchfließt das im Wärmeaustauschraum 8 untergebrachte bifilar und wendelförmig gewickelte Wärmeaustauschrolir 9 in einer der beiden Windungen im Gegenstrom zum Abgas und anschließend in der anderen Windung im Gleichstrom zum Abgas, bis es dann in der AbfluB-leitung 9 nach außen austritt. Die Art des Durchflusses des Abgases durch den Wärmeaustauschraum und des Kühlwassers durch das Wärmeaustauschrohr hängt von dessen jeweiliger Bauform b. Nach dem Durchfließen des Wärmetauschraumes 8 fließt das Abgas über den tSberströmspalt 7 radial nach innen und tritt in das SchalldämpEerrohr 15 ein. Die Scheidewand 17 verhindert ein Durchfließen des Schalldämpferrohres 19 durch das gekühlte Abgas und zwingt das Abgas, durch die Löcher 18 hindurch in den mit den Schalldämpferelementen 21 ausgestatteten Schalldämpferraum 20 auszuweichen. Von diesem Raum 20 tritt das Abgas nach dem Vorbei fließen an der Scheidewand 17 durch dem Abflußstutzen 19 benachbarte öffnungen 18 wieder in das Schalldämpferrohr 15 über und fließt zum Abflußstutzen 19, wo es aus der vorbeschriebenen Vorrichtung austritt.
Das durch das Wärmeaustauschrohr 9 fließende Kühlwasser transportiert die vom Abgas übertragene Wärme ab. Die Strömungsrichtung des Abgases innerhalb der Außenwand 1 ist durch Pfeile dargestellt und die Strömung des Kühlwassers in dem Warmeaustauschrohr 9 durch außerhalb des Gehäuses 1, 2 eingezeichnete Pfeile.
Statt von der Isolierschicht 14 kann die Außenwand 1 von einem Wassermantel umgeben sein, der mit dem Wärmeaustauschrohr 9 in Verbindung steht. Die Verbindung wird vorzugsweise so gewählt, daß das Kühlwasser zuerst das Wärmeaustauschrohr 9 und dann den Wassermantel durchfließt. Die Anordnung des Wassennantes führt zu einer Verbesserung des Wirkungsgrades beim Wärmeaustausch.
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Claims

A n 5 t r ii c h e 1. Vorrichtung, insbesondere für eine Brennkraftmaschine, zum Austauschen der Wärme zwischen einem Gas und einem flüssigen oder gasförmigen Strömungsmittel und zum Dämpfen des durch das Gas bewirkten Schalles mit einem zum Führen des Gases vorgesehenen Gasrohr, mit einem dieses Gasrohr umgebenden Schalldämpfraum und mit mindestens einem vom Gas umspülten und außerhalb des Gasrohres angeordneten Wärmeaustauschrohr, dadurch q e k e n n z e i c h n e t , daß eine rohrförmige Trennwand (4) vorgesehen ist, die den Schalldäptaum (20) von einem Wärmeaustauschraum (8) trennt, der den Schalldämnfraum (20) umgibt und durch den das Wärmeaustauschrohr hindurchgeführt ist, und daß im Bereich des vom Einlaß (13) abgewandten Endes der Trennwand ein Übergang (7) von einem der beiden Räume in den anderen Raum vorgesehen ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 mit einer das Wärmeaustauschrohr umgebenden Außenwand und mit einem mit Löchern in der Rohrwand versehenen, eine Scheidewand aufnehmenden und von der Außenwand mit Abstand umgebenen Schalldämpferrohr im Schalldämpfraum, dadurch g e k e n n z e i c h n e t daß die Trennwand (4) zwischen der Außenwand (1) und dem Schalldämpferrohr (15) mit beiderseitigem Abstand anqeordnet ist und daß die Trennwand kürzer als die Außenwand ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch q e k e n n -z e i ch n e t , daß die Trennwand (4) an ihren beiden stirnseitigen Enden mit dem Schalldämpferrohr (15) uncl/ oder einem Teil des Gehäuses (1, 2, 3) verbunden ist.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch q e k e n n z e i c h n e t , daß die Trennwand (4) und das Schalldämnferrohr (15) eine aus dem Gehäuse (1, 2) entfernbare und wieder einsetzbare Baueinheit bilden.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der Abstand zwlschen der Außenwand (1) und der Trennwand (4) so gewählt ist, daß er dem Außendurchmesser des wendelförmiqen Wärmeaustauschrohres (9) entspricht oder nur wenig größer ist, wobei der Abstand zwischen den einzelnen Windungen des T«7ärmeaustauschrohres der in der Zeiteinheit durchfließenden Gasmenge entsprechend ausgebildet ist.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Außenwand (1) von einem Flüssiqkeitsmantel umqeben ist, der mit dem Wärmeaustauschrohr (9) in Verbindung steht.