DE4325193C2 - Vorrichtung zum Austausch von Wärme - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Austausch von Wärme.

In der DE 29 09 530 A1 ist ein Abgaswärmetauscher gezeigt, der aus einem Innenrohr für das eine Medium und einem Außenrohr für das zweite Medium gebildet ist. Um den Wärmeübergang zu verbessern, sind in das Innenrohr scheibenförmig Konstruktionsteile eingebaut, von denen abwechselnd ein Teil ein mittiges Loch aufweist und das darauf folgende Teil mit dem Innenrohr einen ringförmigen Spalt bildet. Diese Vorrichtung ist äußerst aufwendig zu fertigen und bei einer Verrußung des Innenrohres praktisch nicht zu reinigen.

Die DE 30 22 270 A1 zeigt ein Wärmetauscherrohr, in das ein rippenartiger Leitkörper eingebracht ist. Dieser Leitkörper soll keinen engen Kontakt mit der Rohrwand haben und ist in dem Rohr lose angeordnet. Dadurch kann der Leitkörper zu Reinigungszwecken leicht entnommen werden.

Die US 4,641,705 zeigt eine Leitvorrichtung im Inneren eines rohrförmigen Körpers, die in der Weise gelagert ist, daß eine freie Drehbarkeit der Leitvorrichtung im Rohr erreicht wird. Die Schrift gibt jedoch keinen Hinweis auf eine Öffnung, durch die die Leitvorrichtung zu Reinigungszwecken herausgezogen werden könnte.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zum Austausch von Wärme zwischen einem ersten und einem zweiten fließfähigen Medium so auszugestalten, daß sie die Nachteile des bekannten Standes der Technik vermeidet. Sie soll einfach und kostengünstig zu produzieren sein und es soll die Möglichkeit zur einfachen Wartung und Reinigung der Vorrichtung bestehen.

Gelöst wird die Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Hauptanspruchs. Die erfindungsgemäße Leitvorrichtung läßt sich beispielsweise aus einem handelsüblichen Flachstahl durch einfaches Verdrehen herstellen. Bei eventuellen Wartungsarbeiten kann die verschließbare Öffnung geöff­ net und die Leitvorrichtung herausgezogen werden. Da­ durch, daß die Außenkanten der Leitvorrichtung an der Innenfläche des rohrförmigen Körpers anliegen, wird diese Innenfläche beim Herausziehen der Leitvorrichtung gereinigt und eventuell daran anhaftende Rußpartikel abgestreift.

Um zu verhindern, daß sich in dem rohrförmigen Körper eine laminare Strömung aufbaut und kältere Schichten an der Außenseite und heiße Schichten im Inneren voneinan­ der getrennt bleiben, sind auf der Leitvorrichtung tur­ bulenzerzeugende Körper aufgebracht. Die größte Wirkung wird erreicht, wenn diese Körper quer zur Längsmittel­ achse des Bandes ausgerichtet sind. Die Körper können dabei in der Mitte eine Höhe aufweisen, die die Hälfte des Abstandes zwischen zwei Windungen beträgt. In die­ sem Fall wird die Strömung auch in der Mitte des Kanals aufgebrochen. Durch diese Maßnahme kann ein gleichmäßi­ ger Wärmeübergang zwischen dem ersten Medium und dem rohrförmigen Körper erreicht werden.

Die Breite des Bandes, das zur Produktion der Leitvor­ richtung verwendet wird, entspricht dem Durchmesser des rohrförmigen Körpers.

Um auch in dem zweiten Medium eine turbulente Strömung erzeugen zu können, sind ringförmige Turbulenzkörper vor­ gesehen, die den rohrförmigen Körper umschließen. Vor­ zugsweise sind die ringförmigen Turbulenzkörper so dimen­ sioniert, daß zwischen diesen und dem rohrförmigen Kör­ per ein Spalt gebildet wird. Punktförmige Verbindungen der ringförmigen Turbulenzkörper mit dem rohrförmigen Körper gewährleisten, daß ein Wärmeübergang zwischen dem rohrförmigen Körper und den ringförmigen Turbulenzkörpern stattfindet und die Wärmetauschfläche zu dem zweiten Medium vergrößert wird. Bleibt auch zwischen der Ummantelung und den ringförmigen Turbulenzkörpern ein Spalt bestehen, so vergrößert sich die Wärmetausch­ fläche nochmals.

In einem ersten Ausführungsbeispiel ist auch die Umman­ telung rohrförmig ausgebildet und der Spalt zwischen dem rohrförmigen Körper und den ringförmigen Turbulenzkörpern entspricht in etwa dem Spalt zwischen den ring­ förmigen Turbulenzkörpern und der Ummantelung.

In einem zweiten Ausführungsbeispiel weist die Umman­ telung einen rechteckigen, insbesondere einen quadrati­ schen Querschnitt auf.

Soll beispielsweise die Wärme von Auspuffgasen eines Verbrennungsmotors in einen Heizkreislauf überführt werden, so muß - um Korrosion zu vermeiden - eine Kon­ densatbildung im Abgaskanal vermieden werden. Zu diesem Zweck ist am Auslaß für das erste Medium ein Tempera­ turfühler vorgesehen. Dieser regelt eine Pumpe für das zweite Medium, so daß kurz vor Erreichen der kritischen Kondensationstemperatur die Pumpenleistung gedrosselt werden kann und dadurch dem ersten Medium weniger Wärme entzogen wird.

Um für die Wartungs- und Reinigungsarbeiten die Leitvorrichtung leicht entfernen zu können, ist wenigstens der Ein- oder Auslaß für das erste Medium radial zu dem rohrförmigen Körper angeordnet, so daß die verschließ­ bare Öffnung axial angeordnet sein kann.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und aus der Beschreibung von Ausfüh­ rungsbeispielen, die nachfolgend anhand der Zeichnung eingehend erläutert werden. Es zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsge­ mäße Vorrichtung und

Fig. 2 einen Querschnitt durch die Vorrichtung nach Fig. 1 in zwei Ausführungsbei­ spielen.

Das Rohr 1 ist auf seiner einen Seite mit einer Muffe 2 verbunden, die seitlich einen Einlaufstutzen 3 aufweist und in axialer Richtung eine mit einer Mutter 4 verschließbare Öffnung aufweist. Auf der gegenüberliegenden Seite ist das Rohr 1 mit einem Auslauf 5 verschraubt, eine Ummantelung 6 bildet zusammen mit der Außenfläche des Rohres 1 einen Hohlraum 7. Der Mantel 6 kann ebenfalls als Rohr 8 oder als Kasten 9 mit quadratischem Querschnitt (siehe Fig. 2) ausgebildet sein. Die Ummantelung 6 ist eben­ falls mit einem radialen Einlaufstutzen 10 und einem radialen Auslaufstutzen 11 verbunden. Die Ein- und Aus­ laufstutzen des Rohres 1 und der Ummantelung 6 sind so angebracht, daß ein durch das Rohr 1 geleitetes Abgas eines Verbrennungsmotors in entgegengesetzter Richtung zu einer durch den Hohlraum 7 geleiteten Flüssigkeit strömt. Innerhalb des Hohlraumes 7 ist das Rohr 1 von ringförmigen Turbulenzkörpern 12 umgeben, die über Schweißpunkte 13 mit dem Rohr 1 verbunden sind. Der Innendurchmesser der Turbulenzkörper 12 ist so aus­ gelegt daß sich zwischen dem rohrförmigem Körper 1 und den Turbulenzkörpern 12 ein Spalt 14 befindet. Inner­ halb des rohrförmigen Körpers 1 ist ein wendelartig ge­ drehtes als Leitvorrichtung 15 dienendes Stahlband vorgesehen, dessen äußere Längs­ kanten an der Innenfläche des Rohres 1 anliegen. Quer zur Strömungsrichtung des Abgases sind auf dem Stahl­ band 15 balkenförmige turbulenzerzeugende Körper 16 befestigt.

Die durch den Hohlraum 7 strömende Flüssigkeit wird durch eine Pumpe 17 gefördert.

Im Auslaufstutzen 5 für das Abgas ist ein Ther­ mofühler 18 vorgesehen, der mit einer Steuereinrich­ tung 19 in Verbindung steht. Die Leistung der Pumpe 17 wird durch die Steuereinrichtung 19 geregelt.

Wird nun das heiße Abgas eines Verbrennungsmotors durch den Einlaufstutzen 3 in das Rohr 1 eingeleitet, so wird es über die Wendel 15 mit einem Drall beaufschlagt, der es immer wieder in Kontakt mit der Rohrwand bringt und so einen guten Wärmeübergang gewährleistet. Um zu ver­ hindern, daß sich eine laminare Strömung ausbildet, sind die Turbulenzbildner 16 vorgesehen, die für eine ste­ tige Durchmischung des Abgases sorgen. Die von dem Ab­ gas abgegebene Wärme geht nicht nur in die Wand des Rohres 1, sondern über die Schweißverbindungen 13 auch in die ringförmigen Turbulenzkörper 12 über. Die von der Pumpe 17 geförderte Flüssigkeit streicht sowohl an der Außenwand des Rohres 1 als auch an der Oberfläche der Turbulenzkörper 12 entlang und nimmt dadurch Wärme auf. Die überstrichene Oberfläche und damit der Wir­ kungsgrad des Wärmeübergangs wird durch den Spalt 14 nochmals vergrößert.

Da in Auspuffgasen Flüssigkeit enthalten ist, muß aus Korrosionsschutzgründen verhindert werden, daß das Ab­ gas in dem Wärmetauscher unter den Kondensationspunkt abgekühlt wird. Diese kritische Temperatur wird durch den Fühler 18 überwacht. Entsprechend des Meßergebnis­ ses wird die Leistung der Pumpe 17 durch die Steue­ rung 19 geregelt.

Ist es nach längerem Gebrauch in dem Rohr 1 zu Rußabla­ gerungen gekommen, kann der Wärmetauscher auf einfache Weise gereinigt werden. Hierzu wird die Mutter 4 ent­ fernt und die Wendel 15 kann durch die entstehende Öff­ nung herausgezogen werden. Zur Erleichterung ist ein Durchbruch 20 vorgesehen, in den ein entsprechendes Werkzeug eingehakt werden kann. Beim Herausziehen krat­ zen die eng an der Innenwand des Rohres 1 anliegenden Seitenkanten der Wendel 15 die Rußanlagerungen ab und befördern diese durch die axiale Öffnung nach außen.

Claims (11)

1. Vorrichtung zum Austausch von Wärme von einem ersten fließfähigen Medium zu einem zweiten fließfähigen Medium mit einem rohrförmigen Körper (1), der in seinem Inneren eine Leitvorrichtung (15) für das erste fließfähige Medium und sowohl einen Einlauf (3) als auch einen Auslauf (5) dafür aufweist und mit einer Ummantelung (6), die mit dem rohrförmigen Körper (1) einen Hohlraum (7) bildet und einen Auslaß für das zweite fließfähige Medium aufweist, wobei der rohrförmige Körper (1) eine verschließbare Öffnung aufweist, durch die die Leitvorrichtung (15) herausziehbar ist und wobei die Leitvorrichtung (15) aus einem langgezogenen Metall- oder Kunststoffband besteht, welches wendelartig über seine Längsmittelachse gedreht ist und mit seinen Außenkanten so an der Innenfläche des rohrförmigen Körpers (1) anliegt, daß beim Herausziehen der Leitvorrichtung (15) durch die verschließbare Öffnung Ablagerungen von der Innenwand des rohrförmigen Körpers (1) abgekratzt und durch die Öffnung nach außen befördert werden.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der auf der Leitvorrichtung (15) quer zur Längsmittelachse des langgezogenen Bandes turbulenzerzeugende Körper (16) aufgebracht sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der die turbulenzbildenden Körper (12) so dimensioniert sind, daß die Strömung in der Mitte des durch den rohrförmigen Körper (1) und die Leitvorrichtung (15) gebildeten, gedrehten Kanals aufgebrochen wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der in dem von dem zweiten Medium durchflossenen Hohlraum den rohrförmigen Körper (1) ringförmig umgebende Turbulenzkörper (12) vorgesehen sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, bei der der Innendurchmesser der ringförmigen Turbulenzkörper (12) größer als der Außendurchmesser des rohrförmigen Körpers (1) ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, bei der die ringförmigen Turbulenzkörper (12) punktuell an dem rohrförmigen Körper (1) befestigt sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, bei der der Außendurchmesser der ringförmigen Turbulenzkörper (12) kleiner als der Innendurchmesser der Ummantelung (6) ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 5, bei der einerseits zwischen dem rohrförmigen Körper (1) und den ringförmigen Körpern (12) und andererseits zwischen den ringförmigen Körpern (12) und der Ummantelung (6) ein Spalt (14) von etwa der gleichen Größe besteht.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Ummantelung (6) im Querschnitt quadratisch ausgebildet ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der im Auslaß (5) des rohrförmigen Körpers (1) für das erste fließfähige Medium ein Temperaturfühler (18) angeordnet ist, durch den die Leistung einer Pumpe (17) für das zweite fließfähige Medium geregelt wird.

11. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der der Einlaß (3) und/oder Auslaß (5) für das erste fließfähige Medium radial zu dem rohrförmigen Körper (1) verläuft.