DE3702963A1 - Waermetauscher - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Wärmetauscher, der im Oberbegriff der Anspruchs 1 angegebenen Gattung. Ein derarti­ ger Wärmetauscher ist aus der DE-OS 31 17 661 bekannt. Bei der bekannten Anordnung ist in dem Innenraum des Innenrohres ein Stab vorgesehen, der mit mehreren, axial hintereinander angeordneten, gewellten Blechbändern bestückt ist. Da diese Blechbänder aus sehr dünnem Material bestehen und nur eine geringe axiale Länge haben, kann aufgrund der geringen Stabi­ lität eine gleichmäßige Anlage an dem Innenrohr nicht gewähr­ leistet werden. Außerdem hat sich gezeigt, daß eine definier­ te Durchströmung des zweiten Wärmetauscherfluids durch das Innenrohr nicht möglich ist und somit dessen Wärme- bzw. Käl­ teenergie nur unzureichend abgibt. Ferner hat sich gezeigt, daß die aus dem Stab und den gewellten Bändern bestehende Baugruppe sich durch Erschütterungen lösen kann, was ein axiales Verrutschen des Stabes und ein Lösen der endseitigen Bänder zur Folge haben kann.

Ein weiterer Wärmetauscher, der sich als Kraftstoffkühler eignet, ist aus der DE-OS 34 43 085 bekannt. Dieser Wärmetau­ scher besteht aus einem äußeren Rohr und einem Innenrohr, an dessen Mantelfläche sich eine gewendelte Rippe befindet, die an der Innenwandung des Außenrohres anliegt. Innerhalb des Innenrohres ist ein Wendelkörper mit sternartiger Quer­ schnittsfläche angeordnet. Dieser Wärmetauscher hat jedoch den Nachteil, daß die Strömungswege im Wärmetauscher sehr lang sind und ein hoher Druckabfall sowohl hinsichtlich des ersten als auch des zweiten Wärmetauscherfluids auftritt.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Wärme­ tauscher der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gat­ tung derart weiterzubilden, daß eine Verbesserung der Wärme­ übertragung ohne Erhöhung des Druckverlustes für das zweite Wärmetauscherfluid erreicht wird und bei dem auch die im Innenrohr angeordneten Bauteile einen stabilen Aufbau auf­ weisen.

Diese Aufgabe wird bei einem Wärmetauscher der genannten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Die wesentlichen Vorteile des erfindungsgemäßen Wärmetau­ schers sind insbesondere darin zu sehen, daß das zweite Wär­ metauscherfluid gezielt der Wandung des Innerohres zugelenkt wird, und daß sich ein fester Verbund von Verdrängungskörper, Wellrippen und Innenrohr ergibt, so daß sich eine große Wär­ meübertragungsfläche mit zuverlässigem Wärmeübergang auf das Innenrohr ergibt. Außerdem wird der Verdrängungskörper in seiner vorbestimmten Position gesichert, wodurch verhindert wird, daß dieser in einen der Anschlüsse für das zweite Wär­ metauscherfluid rutscht und damit den Durchgang ganz oder teilweise versperrt.

Eine bevorzugte Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes be­ steht darin, daß die Höhe der Wellrippen so bemessen ist, daß der Verdrängungskörper die Wellrippen fest gegen das Innen­ rohr spannt. Auf diese Weise wird erreicht, daß der Verdrän­ gungskörper von den Wellrippen, die sich am Innenrohr abstüt­ zen, fest eingespannt ist und bis zum Löten des Wärmetau­ schers aufgrund der Klemmkraft seine Lage beibehält. Durch das Löten des Wärmetauschers ergibt sich ein noch festerer Verbund, durch den selbst bei Einwirkung extremer Kräfte die Teile unverschiebbar gehalten sind.

Eine Alternative zur Sicherung des Verdrängungskörpers in seiner vorbestimmten Position besteht darin, daß der Verdrän­ gungskörper an seiner Mantelfläche einen radialen Bund auf­ weist, der in einen Spalt zwischen den beiden Wellrippen ragt. Dadurch ergibt sich eine formschlüssige Verbindung in axialer Richtung des Wärmetauschers.

Für die Bemessung des Verdrängungskörpers, bezogen auf den Querschnitt des Innenrohres, ist der zulässige Druckabfall zu berücksichtigen. Es hat sich dabei als vorteilhaft erwiesen, daß der Querschnitt des Verdrängungskörpers etwa 25% bis 30% des Innenrohrquerschnitts beträgt. Aus strömungstechni­ schen Gründen sind die Enden des Verdrängungskörpers kegel­ förmig ausgebildet. Aus Gründen der Gewichts- und Materialer­ sparnis besteht der Verdrängungskörper vorzugsweise aus einem Rohr, dessen kegelige Enden durch spanlose Formgebung, bei­ spielsweise durch hämmern, erzeugt sind. Sofern der Verdrän­ gungskörper aus einem Rohr besteht, ist zweckmäßigerweise der radiale Bund durch eine Sicke gebildet.

Vorzugsweise sind die Verschlußstücke als Ringe mit zylindri­ schen Innen- und Außenflächen ausgebildet, wobei keine Ver­ formung der Rohre erforderlich ist und der Ring gleichzeitig als Distanzmittel dient. Die Anschlußstücke für das Innenrohr sind vorzugsweise aufgetulpte Rohre, deren erweitertes Ende in das Innenrohr ragt. Dabei ist die Tulpe im Bereich des kegeligen Endes des Verdrängungskörpers angeordnet. Der Zu­ laufanschluß und der Ablaufanschluß für das erste Wärme­ tauscherfluid sind an entfernt liegenden Enden des Ringraums angeordnet, so daß eine Umlenkung und Rückführung des ersten Wärmetauscherfluids nicht erforderlich ist. Zur Verbesserung des Wärmeübergangs ist in dem Ringraum ein Turbulenzblech vorgesehen.

Bevorzugterweise bestehen die Bauteile des Wärmetauschers aus Kupfer und/oder Stahl, wobei diese Bauteile zumindest teil­ weise lotplattiert sein können, und der Wärmetauscher ist flußmittelfrei hartgelötet.

Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Wärmetauschers ist nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert.

In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Doppelrohr­ wärmetauscher,

Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II in Fig. 1.

In Fig. 1 ist ein Doppelrohrwärmetauscher gezeigt, der aus einem Außenrohr 1 und einem Innenrohr 2 und endseitig zwi­ schen den beiden Rohren 1 und 2 angeordneten Verschlußstücken 3 in Form von Ringen besteht. Zwischen dem Innenrohr 2 und dem Außenrohr 1 wird ein Ringraum 4 gebildet, in dem ein Tur­ bulenzblech 5 angeordnet ist. An einem Ende des Ringraums 4 ist ein Zulaufanschluß 6 und an dem anderen Ende ein Ablauf­ anschluß 7 für ein erstes Wärmetauscherfluid vorgesehen. Je­ weils an den Enden des Innenrohres 2 ist ein Anschlußstück 8 und 9 in Form eines aufgetulpten Rohres angeordnet. Die An­ schlußstücke 8 und 9 weisen jeweils einen radialen Bund 10 auf, der als Anschlag für eine Überwurfmutter 11 zum Anschluß von Schläuchen oder Rohrleitungen eines Fluidkreislaufs dient.

In dem Innenrohr befindet sich ein rohrförmiger Verdrängungs­ körper 12, dessen Enden 13 kegelförmig gestaltet sind. Diese kegelförmigen Enden 13 liegen in dem aufgetulpten Bereich der Anschlußstücke 9, so daß die Querschnittsvergrößerung im aufgetulpten Bereich zumindest teilweise durch die zunehmende Verdrängung mittels der kegeligen Enden 13 kompensiert wird. Zwischen dem Verdrängungskörper 12 und dem Innenrohr 2 sind zwei in axialer Richtung hintereinander liegende Wellrippen 14 angeordnet, die sowohl an dem Innenrohr 2 als auch an dem Verdrängungskörper 12 anliegen. Zwischen den beiden Wellrip­ pen 14 befindet sich ein Spalt 15. Der Verdrängungskörper 12 ist mit einer radialen Sicke 16 versehen, die in den Spalt 15 ragt und damit in axialer Richtung eine formflüssige Verbin­ dung mit den Wellrippen 14 bildet.

Alle Teile des Wärmetauschers bestehen aus Kupfer oder Stahl, wobei diese Teile, zumindest an den zu verlötenden Stellen, lotplattiert sind. Abgesehen von den Überwurfmuttern 11 wer­ den alle Teile in einem gemeinsamen Arbeitsschritt hartgelö­ tet.

Fig. 2 zeigt einen Schnitt nach der Linie II-II in Fig. 1. Zwischen dem Außenrohr 1 und dem Innenrohr 2 ist der Ringraum 4, in dem sich das Turbulenzblech 5 befindet, gebildet. Der Zulaufanschluß 6 führt in den Ringraum 4. Innerhalb des In­ nenrohres ist zentrisch der Verdrängungskörper 12 angeordnet, an dem sich die Wellrippe 4 abstützt, die andererseits auch an der Innenwandung des Rohres 2 liegt. Dadurch, daß die Wellrippen 14 eine sehr große Oberfläche bilden, die mit dem zweiten Wärmetauscherfluid in Berührung kommt, und die Wel­ lenbögen aufgrund der guten Anlage an dem Innenrohr 2 und der Verlötung mit diesem einen guten Wärmeübergang gewährleisten, und weil durch den Verdrängungskörper das zweite Wärmetau­ scherfluid gezielt in den randnahen Bereich des Innenrohres geführt wird, ist eine wesentliche Leistungssteigerung gegen­ über den bisher bekannten Lösungen erreicht worden.

Claims (11)

1. Wärmetauscher, insbesondere Kraftstoffkühler, mit einem Außenrohr und einem konzentrischen Innenrohr und mit end­ seitig zwischen diesen angeordneten Verschlußstücken, die den zwischen Innenrohr und Außenrohr gebildeten, ein er­ stes Wärmetauscherfluid führenden Ringraum dichtend ab­ schließen, mit einem Zulauf- und einem Ablaufanschluß für ein erstes Wärmetauscherfluid und mit endseitigen An­ schlußstücken für ein durch das Innenrohr strömendes, zweites Wärmetauscherfluid und einem zentrisch im Innen­ rohr angeordneten länglichen Körper, der an der Wandung des Innenrohres anliegende gewellte Bänder trägt, da­ durch gekennzeichnet, daß der läng­ liche Körper als ein den Querschnitt des Innenrohres (2) verringernder Verdrängungskörper (12) ausgebildet ist und die Bänder zwei axial hintereinander liegende Wellrippen (14) umfassen, und daß der Verdrängungskörper (12) mittels der Wellrippen (14) in seiner vorbestimmten Position gesi­ chert ist.

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Höhe der Wellrippen (14) so bemessen ist, daß der Verdrängungskörper (12) die Wellrippen (14) fest gegen das Innenrohr (2) spannt.

3. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdrängungskörper (12) an seiner Mantelfläche einen radialen Bund (16) auf­ weist, der in einen Spalt (15) zwischen den beiden Well­ rippen (14) ragt.

4. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Querschnitt des Ver­ drängungsgungskörpers (12) etwa 25% bis 30% des Innen­ rohrquerschnitts beträgt.

5. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß die Enden (13) des Verdrängungskörpers (12) kegelförmig ausgebildet sind.

6. Wärmetauscher nach Anspruch 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Verdrängungskörper (12) aus einem Rohr besteht, dessen kegelige Enden (13) durch spanlose Formgebung, bespielsweise hämmern, erzeugt sind.

7. Wärmetauscher nach Anspruch 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der radiale Bund (16) durch eine Sicke gebildet ist.

8. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Verschlußstücke (3) Ringe mit zylindrischen Innen- und Außenflächen sind.

9. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Anschlußstücke (8, 9) aufgetulpte Rohre sind, deren erweitertes Ende in das In­ nenrohr (2) ragt.

10. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Zulaufanschluß (6) und der Ablaufanschluß (7) für das erste Wärmetauscherfluid an entfernt liegenden Enden des Ringraumes (4) angeordnet sind und in dem Ringraum (4) ein Turbulenzblech (5) vorge­ sehen ist.

11. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestandteile des Wärmetauschers aus Kupfer und/oder Stahl bestehen und der Wärmetauscher flußmittelfrei hart­ gelötet ist.