EP3635320A1 - Vorrichtung zur wärmerückgewinnung aus einem heizfluid - Google Patents

Vorrichtung zur wärmerückgewinnung aus einem heizfluid

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EP3635320A1
EP3635320A1 EP18728066.4A EP18728066A EP3635320A1 EP 3635320 A1 EP3635320 A1 EP 3635320A1 EP 18728066 A EP18728066 A EP 18728066A EP 3635320 A1 EP3635320 A1 EP 3635320A1
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EP
European Patent Office
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fluid
tube
channel
flow channel
heat exchanger
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EP18728066.4A
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Jens Gockel
Hilmar LÄMMER
Christian Urban
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Volkswagen AG
Original Assignee
Volkswagen AG
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Publication date
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    • F28F2250/00—Arrangements for modifying the flow of the heat exchange media, e.g. flow guiding means; Particular flow patterns
    • F28F2250/06—Derivation channels, e.g. bypass

Definitions

  • the invention relates to a device for heat recovery from a heating fluid, which flows through a Schufid Force in operation of a Schufidermaschineers having a
  • Main flow channel in this case the main flow channel and the secondary flow channel each have at least one inlet and at least one downstream of the inlet formed outlet to the flow by means of the heating fluid, in the
  • a challenge of modern motor vehicle construction consists in the noble goal of constantly minimizing the fuel consumption and, associated therewith, the pollutant emissions of an internal combustion engine present in the motor vehicle.
  • One way to use the waste heat is to recover the existing thermal energy in the exhaust.
  • the steam generator in this case has a housing with an inlet and an outlet region, wherein within and coaxial with the housing extending from the inlet to the outlet region, tubular
  • This feedthrough line is also slotted at its lying in the inlet and outlet end portions, so that in the
  • Passage line arranged a spiral tube, which is flowed through by a fluid to be evaporated. That in one embodiment for increasing the heat transfer Disc-like ribs having spiral tube serves as a heat transfer block, via which the existing thermal energy in the exhaust gas is transferred to the fluid to be evaporated.
  • a control valve is arranged within the steam generator, in the exact inside of the feedthrough line, by means of which, depending on the position of the control flap, the feedthrough line is present in a closed or opened state.
  • the control flap is arranged in the inlet region, wherein the exhaust gas passes through the slotted end region of the feedthrough line in the intermediate space between the feedthrough line and the housing and flows over the spiral tube when the feedthrough line is closed.
  • Block flap moving flap shaft must have a high length in order to reach into the interior of the feedthrough line. This requires low manufacturing tolerances of the valve shafts and their storage, which leads in conjunction with the temperatures reached in the exhaust system to delay and malfunction of the blocking flap.
  • DE 10 201 1 056 212 A1 comparably designed arrangements for the recovery of heat energy from an exhaust gas for heating transmission oil, in which the control valve within the feedthrough line, but is arranged in the outlet, and the feedthrough line also in the
  • Outlet area has openings for the transition of the exhaust gas in the intermediate region between feedthrough line and housing wall. According to DE 10 2012 204 126 A1, the feedthrough line is also closed by means of the control flap.
  • DE 10 2012 105 588 A1 a substantially the function of DE 10 201 1 056 212 A1 corresponding arrangement for the recovery of heat energy known, which also serves to heat transmission oil. This is in contrast to those disclosed by DE 10 2012 204 126 A1 and DE 10 201 1 056 212 A1
  • the arrangement shows separate, but adjacent and coaxial with each other, extending annular chambers for receiving coolant and gear oil, wherein within the coolant chambers several mat-like and longitudinally of the array rectilinear tube bundles are arranged, which are traversed by exhaust gas over Openings in the feedthrough line in a front-side intermediate area between
  • Feedthrough line and housing is passed.
  • the tube bundles have a plurality of individual tubes, which are substantially both parallel to each other and parallel to the
  • the invention has the object, a device of the type mentioned in such a way that compared to the prior art simplifies the design, allows coarse manufacturing tolerances and thereby
  • a device for heat recovery from a heating fluid wherein the heating fluid flows through a Schufid Dimension during operation of a Schufluidermaschineers.
  • the device has a channel closure element and a
  • Heat exchanger assembly wherein the heat exchanger assembly also has a surrounded by a bypass duct main flow channel.
  • main flow channel and the secondary flow channel each have at least one inlet and at least one outlet formed downstream of the inlet
  • Heat exchanger arrangement arranged.
  • the device for heat recovery is thus arranged in the Schufluid Consumer, wherein upstream of the device, at least the inlet of the
  • Main flow channel fluidly connected to a first portion of the Schufluid Consumeres and further the device downstream of the closure device in turn may open in a second portion of the Schufluid Consumeres.
  • the heating fluid is discharged downstream of the closure device in a post-treatment plant or the environment.
  • the length of the main flow channel would be limited downstream by the channel closure element in its longitudinal extent, wherein downstream of the channel closure element in turn would join the Schufluid Consumer.
  • the main flow channel and the Schufluid Consumer are made in one piece and thus the main flow channel a portion of the
  • the heat exchanger arrangement of the device taken alone has no
  • the heat exchanger assembly of the device should also preferably work in countercurrent principle, d. H. the flow direction of heating fluid and working fluid are opposite to each other.
  • d. H the flow direction of heating fluid and working fluid are opposite to each other.
  • DC principle it is also conceivable an embodiment in the DC principle.
  • the closure element should have at least two states, the
  • Closure element preferably also should be able to take between these two states further continuously or discretely changeable intermediate states.
  • One of the at least two states could be described here by a maximum opening rate, ie a counterpressure in the main flow channel caused by the closure element Heat exchanger arrangement is minimal, the heating fluid is thus prevented only in a minimal way at the flow through the main flow channel.
  • no or substantially a minimum volumetric flow rate of the heating fluid would flow through the secondary flow passage, whereby the main flow passage acts as a bypass of the bypass passage.
  • a second of the at least two states could be
  • Counterpressure in the main flow channel would be maximum.
  • the heating fluid would thus be hindered in the maximum of the flow through the main flow channel, whereby no or a minimum volume flow rate of the heating fluid would flow through the main flow channel and a maximum volume flow rate of the bypass flow channel.
  • the necessary actuation of the closure element would be realized, for example via an electric or pneumatic actuator.
  • the described opening rate is determined here from the ratio of the permeable cross-sectional area of the main flow channel to the total cross-sectional area of the
  • Heating fluid existing thermal energy or heat transferred via the heat transfer element in the working fluid should at least be heated, but preferably evaporated.
  • the working fluid should also be part of a subsequent cycle in which it could serve in a gaseous state, for example, the drive of a generator.
  • the closure element can be designed as a flap, in particular as an exhaust flap, wherein the angular position of the flap or the exhaust flap should determine its opening rate.
  • the flap or exhaust flap in a first state of maximum opening rate, could be aligned at a rotation angle of 0 degrees or 180 degrees to the flow direction of the heating fluid or corresponding to the longitudinal direction of the main flow channel.
  • a second state ie in the state of minimum opening rate, would be a
  • the heating fluid may in particular be designed as an exhaust gas, which flows through the exhaust gas tract, in particular the exhaust gas tract of an internal combustion engine, wherein the
  • the Schwarzetrig would therefore the exhaust tract, in particular the exhaust gas tract of the internal combustion engine, such as. B. an internal combustion engine of a motor vehicle, correspond.
  • the working fluid should be formed as a fluid, which passes through the transferred from the heating fluid through the heat transfer element heat from the liquid to the gaseous phase, so it can be evaporated.
  • the secondary flow channel of the heat exchanger arrangement is connected fluid-permeable exclusively via the inlet of the secondary flow channel to the main flow channel of the heat exchanger arrangement.
  • Heat exchanger arrangement is simplified and this thus a reduced
  • the fluid-permeable compound in this context means a permeable compound, which is permeable at least for fluids and gases. However, permeability to solids is not excluded. It is also to be taken for granted that energy can also be transmitted via this fluid-permeable connection.
  • An embodiment of the invention can also be regarded as advantageous if the secondary flow channel is connected in a fluid-permeable manner via the outlet of the secondary flow channel to a closure bypass channel having an inlet and an outlet.
  • the heating fluid does not accumulate in the secondary flow channel, which positively prevents a possible overheating of the heat transfer element and / or the working fluid flowing in the heat transfer element.
  • the closure bypass channel is fluid-permeably connected to the heating fluid tract via the outlet of the closure bypass channel downstream of the channel closure element, then it is possible for the heating fluid which has flowed out of the secondary flow channel into the closure bypass channel to be returned to the heating fluid tract, whereby no counterpressure in the closure bypass channel and / or in the
  • the main flow channel is formed by a fluid tube enclosed by a housing, wherein the housing encloses the fluid tube orthogonal to the longitudinal direction of the fluid tube.
  • the housing encloses the fluid tube orthogonal to the longitudinal direction of the fluid tube.
  • the fluid tube may be pronounced in the simplest case as a cylinder tube.
  • the fluid tube should not be completely, but only orthogonal to and enclosed in the longitudinal direction of the fluid tube of the housing, so that the inlet and the outlet of the skin flow channel forming end faces of the fluid tube are not enclosed by the housing.
  • Such a configuration offers in promising manner, a little error-prone basic structure of the heat exchanger assembly.
  • the inlet of the secondary flow channel is formed by at least one opening formed in the wall of the fluid pipe, said opening should be in a region of the fluid pipe, which is enclosed by the housing and thereby the Main flow channel fluidly connected to the bypass channel.
  • the opening can assume any shape, for example a circular, oval or even elliptical shape. It is also conceivable that the opening is in the form of a slot. In addition to a single opening, however, an embodiment with a plurality of openings is preferred, wherein these may be arranged spaced apart in the circumferential direction of the fluid pipe.
  • the heat exchanger assembly is located.
  • at least the two end regions of the housing should be fluid-impermeably connected to the fluid tube, wherein the connection can be made cohesively and also non-positively and / or positively.
  • the length of the bypass duct would be determined by this configuration on the longitudinal extent of the housing, in particular by the spacing of the end portions of the housing.
  • the closure bypass channel is designed as at least one overflow pipe, which is arranged downstream of the heat exchanger arrangement on the housing of the heat exchanger assembly and the Schufluid Consumer and thereby connects the bypass channel on the outlet side, bypassing the channel closure element with the Schufluid Consumer, so that the heating fluid can flow from the bypass duct in the Schufluid Consumer.
  • the overflow pipe should be arranged so that a first end face of the overflow pipe upstream of the housing of the heat exchanger assembly and a second end face of the overflow pipe downstream is fluidly connected to the Schufluid Consumer.
  • the overflow pipe could also be partially parallel to the main flow channel and / or KniWeid Consumer run.
  • the lock bypass channel in the form of an outside of the
  • Main flow channel and / or the Schuffluid Force arranged overflow advantageously offers a structurally and manufacturing technology easier to implement structure as, for example, a within the main flow channel and / or Bankfluid Thermales, z. B. in the form of a tube-in-tube design, arranged overflow pipe.
  • the heat exchanger element is designed as a spiral tube through which the working fluid flows and / or ribs are formed on an outer lateral surface of the spiral tube and in the longitudinal direction of the tube at least partially against the central axis of the tube is arranged.
  • Heat transfer element as a coiled tubing offers against a possible
  • Embodiment with several straight and substantially parallel to each other and parallel to the main and secondary flow channel extending individual tubes the advantage that adjusts no unequal distribution of the flow rate of the heating fluid.
  • An embodiment of the Rohheirl to the effect that ribs are formed on the outer circumferential surface increases the heat flow from the heating fluid into the working fluid, whereby the efficiency of heat transfer can be increased.
  • the ribs it is conceivable for the ribs to be formed by applying to the tube, which carries the ribs at least in sections, an endless band spirally wound in the longitudinal direction of the tube, which is the section length
  • connection between the endless belt forming the ribs and the pipe can be formed cohesively, wherein the production of the material bond can be carried out using a welding process, in particular a laser welding process.
  • Such a described tube may in one embodiment, for example, a
  • Outside diameter of eight millimeters with a wall thickness of 0.75 millimeters and the rib-forming endless belt has a width of five millimeters and a thickness of 0.5 millimeters.
  • Another advantageous embodiment of the device can be designed in that between the fluid tube and the tube coil and / or between the tube coil and the housing a the fluid tube and / or the tube spiral orthogonal to the longitudinal direction of the
  • Fluid pipe surrounding, deformable intermediate insert is arranged, with which the fluid tube and the tube coil and / or the coiled tubing and the housing are in contact.
  • the intermediate insert in this case is elastically and / or plastically deformable and is present for example as a woven, knitted and / or knitted fabric.
  • Conceivable are felt mats and / or fiber mats, such.
  • glass fiber mats and in particular silicate glass fiber mats can also be generally planar and flat in general, with such a trained
  • the intermediate insert could also be in the form of a hollow cylinder, quasi in the form of a flexible tube or a cuff, so that it can be pushed onto the fluid tube and / or interposed between the tube coil and the housing.
  • the intermediate insert can also be present as a solid material.
  • the intermediate insert may be formed as an insulating element and / or a sealing element, whereby on the one hand, the heat flow into the environment and optionally in the main flow channel, ie, for. As the fluid pipe can be minimized. For this it is considered advantageous if the
  • Rib interstices formed helical rib channel along the ribs
  • the intermediate element serves to compensate for tolerances between fluid pipe and coiled tubing and / or coiled tubing and housing.
  • Fig. 1 is a perspective view of the device
  • Fig. 2 is a first sectional view of the device
  • Fig. 3 is a second sectional view of the device
  • Fig. 4 is an illustration of a tube formed with ribs.
  • FIG. 1 shows a perspective view of a development of the invention
  • Device 1 for heat recovery from a heating fluid. This heating fluid flows through the Schufid Consumer 2 during operation of a Schufluidermaschineers.
  • the device 1 has the
  • the heat transfer element 1 1 is in this case formed as a tube coil 22 from the spirally extending tube 23. The volume flow of the heating fluid through the
  • Main flow channel 6 and / or the secondary flow channel 5 is arranged as a function of the opening rate of the downstream of the heat exchanger arrangement 4 Channel closure element 3 adjustable. Moreover, the secondary flow channel 5 is exclusively via the inlet 7 of the secondary flow channel 5 with the main flow channel 6
  • Heat exchanger element 1 1 heated in the working fluid.
  • the heating fluid after passing through the secondary flow passage 5, flows back into the bypass passage 14
  • Figure 2 also shows a development of the device 1, wherein this is shown in section.
  • the device 1 again shows the channel closure element 3 and the
  • Heat exchanger assembly 4 The heat exchanger assembly 4 has the from
  • Main flow channel 6, the inlet 9 and the outlet 10 and the secondary flow channel 5, the inlets 7 and 8 have the outlet.
  • the main flow channel 6 is formed by the fluid pipe 16 enclosed by the housing 15, the housing 15 enclosing the fluid pipe 16 orthogonal to the longitudinal direction 17 of the fluid pipe 16.
  • the secondary flow channel 5 exclusively via the inlets 7 of the
  • Heat transfer element 1 1 arranged.
  • the heat transfer element 1 1 is formed as a tube coil 22 which extends spirally around the fluid tube 16.
  • the coiled tubing 22 orthogonal to the longitudinal direction 25 of the fluid tube 16 enclosing, deformable intermediate insert 27 is arranged, with which also the coiled tubing 22 and the housing 15 are in contact.
  • the channel closure element 3 is arranged downstream of the outlets 10, 8 of the main flow channel 6 and the secondary flow channel 5, which is formed in this development as a flap and thereby determines the angular position of the valve closure element 3 designed as a flap whose opening rate.
  • FIG. 2 also shows that the secondary flow channel 5 via its outlet 8 to the inlet 12 of the closure bypass channel 14 and the closure bypass channel 14 again via its outlet 13 downstream of the channel closure element 3 with the Schufluid Thermal second
  • the closure bypass channel 14 is formed as shown as the overflow pipe 21. This overflow pipe 21 is also downstream of the
  • Heat exchanger assembly 4 and its second end face downstream is fluidly connected to the Walkerfluid Consumer 2.
  • the overflow pipe 21 extends in a section parallel to the main flow channel 6 and the Schufluid Thermal Second
  • the device 1 is shown in contrast to Figure 2 with the valve closure element 3 designed as a flap in its first state with correspondingly maximum opening rate.
  • the flow of the heating fluid through the main flow channel 6 is thus maximum.
  • FIG. 4 describes a development of the basically spiral-shaped tube 23, which forms the tube helix 22 shown in FIGS. 1 to 3.
  • the ribs 26 are formed by applying to the tube 23 a cut-to-length, endlessly spiraling spiral around the tube 23 in the longitudinal direction 25 of the tube 23.
  • Heat exchanger arrangement 24 lateral surface

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zur Wärmerückgewinnung aus einem Heizfluid, welches im Betrieb eines Heizfluiderzeugers einen Heizfluidtrakt (2) durchströmt, aufweisend ein Kanalverschlusselement (3) sowie eine Wärmeübertrageranordnung (4), wobei die Wärmeübertrageranordnung (4) einen von einem Nebenströmungskanal (5) umgebenen Hauptströmungskanal (6) aufweist, hierbei Hauptströmungskanal (6) und Nebenströmungskanal (5) jeweils zumindest einen Einlass (7, 9) sowie zumindest einen stromabwärts des Einlasses (7, 9) ausgebildeten Auslass (8, 10) zur Durchströmung mittels des Heizfluides aufweisen, in dem Nebenströmungskanal (5) zumindest ein im Betrieb der Vorrichtung (1) von einem Arbeitsfluid durchströmbares Wärmeübertragerelement (11) angeordnet und ein Volumenstrom des Heizfluides durch den Hauptströmungskanal (6) und/oder den Nebenströmungskanal (5) in Abhängigkeit einer Öffnungsrate des Kanalverschlusselementes (3) regulierbar ist. Zudem ist das Kanalverschlusselement (3) stromabwärts der Auslässe (8, 10) von Hauptströmungskanal (6) sowie Nebenströmungskanal (5) der Wärmeübertrageranordnung (4) angeordnet.

Description

Beschreibung
Vorrichtung zur Wärmerückgewinnung aus einem Heizfluid
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Wärmerückgewinnung aus einem Heizfluid, welches im Betrieb eines Heizfluiderzeugers einen Heizfluidtrakt durchströmt, aufweisend ein
Kanalverschlusselement sowie eine Wärmeübertrageranordnung, wobei die
Wärmeübertrageranordnung einen von einem Nebenströmungskanal umgebenen
Hauptströmungskanal aufweist, hierbei Hauptströmungskanal und Nebenströmungskanal jeweils zumindest einen Einlass sowie zumindest einen stromabwärts des Einlasses ausgebildeten Auslass zur Durchströmung mittels des Heizfluides aufweisen, in dem
Nebenströmungskanal zumindest ein im Betrieb der Vorrichtung von einem Arbeitsfluid durchströmbares Wärmeübertragerelement angeordnet und ein Volumenstrom des Heizfluides durch den Hauptströmungskanal und/oder den Nebenströmungskanal in Abhängigkeit einer Öffnungsrate des Kanalverschlusselementes regulierbar ist.
Eine Herausforderung des modernen Kraftfahrzeugbaus besteht in dem hehren Ziel, den Kraftstoffverbrauch und mit diesem verbunden den Schadstoffausstoß eines im Kraftfahrzeug vorhandenen Verbrennungsmotors stetig zu minimieren.
Neben Maßnahmen, wie dem Motoren-Downsizing in Kombination mit dem Einbringen von Abgasturboladern in den Abgastrakt eines Verbrennungsmotors zielen Bestrebungen auch darauf ab, die von einem Verbrennungsmotor erzeugte Abwärme zu nutzen, um eine
Steigerung der Energieeffizienz zu erreichen. Eine Möglichkeit die Abwärme zu nutzen, besteht dabei darin, die im Abgas vorhandene thermische Energie rückzugewinnen.
Hierzu wird in der DE 10 2012 204 126 A1 ein Dampferzeuger beschrieben, welcher im
Abgastrakt eines Kraftfahrzeugmotors angeordnet ist. Der Dampferzeuger weist hierbei ein Gehäuse mit einem Einlass- sowie einem Auslassbereich auf, wobei innerhalb und koaxial zum Gehäuse eine sich vom Einlass- zum Auslassbereich erstreckende, rohrförmige
Durchführungsleitung angeordnet ist. Diese Durchführungsleitung ist zudem an ihren im Einlass- und Auslassbereich liegenden Endabschnitten geschlitzt, sodass das in den
Dampferzeuger einströmende Abgas in einen Zwischenraum zwischen Gehäusewand und Durchführungsleitung gelangen kann. In diesem Zwischenraum ist anliegend an die
Durchführungsleitung ein Spiralrohr angeordnet, das von einem zu verdampfenden Fluid durchströmt wird. Das in einer Ausführungsform zur Erhöhung der Wärmeübertragung scheibenartige Rippen aufweisende Spiralrohr dient dabei als Wärmeübertragerbaustein, über welchen die im Abgas vorhandene thermische Energie auf das zu verdampfende Fluid übertragen wird. Weiterhin ist innerhalb des Dampferzeugers, im Genauen innerhalb der Durchführungsleitung, eine Steuerklappe angeordnet, mittels welcher in Abhängigkeit der Stellung der Steuerklappe die Durchführungsleitung in einem geschlossenen oder geöffneten Zustand vorliegt. Bevorzugt ist die Steuerklappe im Einlassbereich angeordnet, wobei bei geschlossener Durchführungsleitung das Abgas durch den geschlitzten Endbereich der Durchführungsleitung in den Zwischenraum zwischen Durchführungsleitung und Gehäuse gelangt und das Spiralrohr überströmt. Liegt die Durchführungsleitung in geöffnetem Zustand vor, gelangt das Abgas unter Umgehung des Zwischenbereiches direkt vom Einlass- zum Auslassbereich, wodurch eine Wärmeübertragung vom Abgas in das zu verdampfende Fluid weitgehend vermieden wird. Nachteilig an der beschriebenen Anordnung ist insbesondere die Positionierung der Steuerklappe innerhalb des Dampferzeugers, da hierdurch die die
Sperrklappe bewegende Klappenwelle eine hohe Länge aufweisen muss, um bis in das Innere der Durchführungsleitung hineinzureichen. Dies bedingt geringe Fertigungstoleranzen der Klappenwellen und deren Lagerung, was in Verbindung mit den im Abgastrakt erreichten Temperaturen zu Verzug und Fehlfunktionen der Sperrklappe führt.
Auch durch die DE 10 201 1 056 212 A1 ist eine vergleichbar gestaltete Anordnungen zur Rückgewinnung von Wärmeenergie aus einem Abgas zur Erwärmung von Getriebeöl beschrieben, bei welcher die Steuerklappe innerhalb der Durchführungsleitung, jedoch im Auslassbereich angeordnet ist, und die Durchführungsleitung auch lediglich in dem
Auslassbereich über Öffnungen zum Übergang des Abgases in den Zwischenbereich zwischen Durchführungsleitung und Gehäusewand verfügt. Entsprechend der DE 10 2012 204 126 A1 wird die Durchführungsleitung ebenfalls mittels der Steuerklappe verschlossen. In dem
Zwischenbereich sind zwei miteinander in Verbindung stehende, ringförmige Kammern zur Aufnahme eines Kühlmittels ausgeformt, welche zum Zwecke der Wärmeübertragung vom in den Zwischenraum geleiteten Abgas umströmt werden. Innerhalb einer der Kammern ist ein Spiralrohr angeordnet, das von dem Getriebeöl durchflössen wird. Die Wärmeenergie gelangt somit vom Abgas über das Kühlmittel in das Getriebeöl, wodurch dieses erwärmt wird. Auch in einer solchen Ausgestaltung werden bedingt durch die Anordnung der Steuerklappe innerhalb der Durchführungsleitung geringe Fertigungstoleranzen, mit einer entsprechenden
Fehleranfälligkeit der Anordnung, benötigt
Es ist weiterhin durch die DE 10 2012 105 588 A1 eine im Wesentlichen der Funktion der DE 10 201 1 056 212 A1 entsprechende Anordnung zur Rückgewinnung von Wärmeenergie bekannt, welche ebenfalls der Erwärmung von Getriebeöl dient. Hierbei findet im Gegensatz zu den durch die DE 10 2012 204 126 A1 sowie die DE 10 201 1 056 212 A1 offenbarten
Anordnungen jedoch kein Spiralrohr Anwendung. Die Anordnung zeigt voneinander getrennte, jedoch aneinander angrenzende und koaxial zueinander verlaufende, ringförmige Kammern zur Aufnahme von Kühlmittel sowie Getriebeöl auf, wobei innerhalb der Kühlmittelkammern mehrere mattenartig ausgeprägte und in Längsrichtung der Anordnung geradlinig verlaufende Rohrbündel angeordnet sind, welche von Abgas durchströmt werden, das über Öffnungen in der Durchführungsleitung in einen stirnseitigen Zwischenbereich zwischen
Durchführungsleitung und Gehäuse geleitet wird. Die Rohrbündel weisen mehrere Einzelrohre auf, welche im Wesentlichen sowohl parallel zueinander als auch parallel zu der
Durchführungsleitung verlaufen. Ein Mittelabschnitt der Einzelrohre weist hierbei zur
Vergrößerung dessen Oberfläche eine im Wesentlichen spiralförmig ausgeprägte Wandung auf. Entsprechend der DE 10 201 1 056 212 A1 wird die durch das Abgas in das Kühlmittel abgegebene Wärmenergie in das Getriebeöl übertragen. Nachteilig bei solchen parallel zueinander sowie parallel zur Durchführungsleitung verlaufenden Einzelrohren ist die
Möglichkeit, dass das die Einzelrohre durchströmende Abgas einer ungleichen Verteilung über die Einzelrohre unterliegen kann und dadurch bei einem zu verdampfenden Kühlmittel die Verdampfung teils ausbleiben kann.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art derart auszuführen, dass im Vergleich zum Stand der Technik die Konstruktion vereinfacht, gröbere Fertigungstoleranzen ermöglicht und hierdurch
Fehlfunktionen minimiert werden können.
Diese Aufgabe wird gelöst mit einer Vorrichtung gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1. Die Unteransprüche betreffen besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung.
Erfindungsgemäß ist also eine Vorrichtung zur Wärmerückgewinnung aus einem Heizfluid vorgesehen, wobei das Heizfluid im Betrieb eines Heizfluiderzeugers einen Heizfluidtrakt durchströmt. Hierbei weist die Vorrichtung ein Kanalverschlusselement sowie eine
Wärmeübertrageranordnung auf, wobei die Wärmeübertrageranordnung zudem einen von einem Nebenströmungskanal umgebenen Hauptströmungskanal aufweist.
Hauptströmungskanal und Nebenströmungskanal weisen überdies jeweils zumindest einen Einlass sowie zumindest einen stromabwärts des Einlasses ausgebildeten Auslass zur
Durchströmung mittels des Heizfluides auf, wobei in dem Nebenströmungskanal zumindest ein im Betrieb der Vorrichtung von einem Arbeitsfluid durchströmbares Wärmeübertragerelement angeordnet und ein Volumenstrom des Heizfluides durch den Hauptströmungskanal und/oder den Nebenströmungskanal in Abhängigkeit einer Öffnungsrate des Kanalverschlusselementes regulierbar, also z. B. regelbar und/oder steuerbar, zumindest jedoch gezielt in der Höhe veränderlich, ist. Weiterhin ist erfindungsgemäß das Kanalverschlusselement stromabwärts der Auslässe von Hauptströmungskanal sowie Nebenströmungskanal der
Wärmeübertrageranordnung angeordnet.
Erfindungsgemäß ist die Vorrichtung zur Wärmerückgewinnung also im Heizfluidtrakt angeordnet, wobei stromaufwärts der Vorrichtung zumindest der Einlass des
Hauptströmungskanals mit einem ersten Abschnitt des Heizfluidtraktes fluiddurchlässig verbunden und weiterhin die Vorrichtung stromabwärts der Verschlussvorrichtung wiederum in einem zweiten Abschnitt des Heizfluidtraktes münden kann. Denkbar ist jedoch darüber hinaus, dass das Heizfluid stromabwärts der Verschlussvorrichtung in eine Nachbehandlungsanlage oder die Umgebung abgeleitet wird. Die Länge des Hauptströmungskanals würde stromabwärts durch das Kanalverschlusselement in seiner Längsausdehnung begrenzt sein, wobei sich stromabwärts des Kanalverschlusselementes wiederum der Heizfluidtrakt anschließen würde. Denkbar ist hierbei jedoch überdies, dass der Hauptströmungskanal und der Heizfluidtrakt einteilig ausgeführt sind und der Hauptströmungskanal somit einen Abschnitt des
Heizfluidtraktes bildet. Eine zweiteilige oder mehrteilige Ausführung ist weiterhin ebenso möglich.
Die Wärmeübertrageranordnung der Vorrichtung für sich genommen weist zudem kein
Kanalverschlusselement auf. Dieses ist stromabwärts der Wärmeübertrageranordnung angeordnet, was zum einen den Aufbau der Wärmeübertrageranordnung vereinfacht und zum anderen in vorteilhafter Weise Kanalverschlusselemente eingesetzt werden können, welche z. B. bereits am Markt erhältlich sind und somit anfällige Speziallösungen mit hohen
Fertigungstoleranzen vermieden werden können. Hierbei sollte die Wärmeübertrageranordnung der Vorrichtung zudem bevorzugt im Gegenstromprinzip arbeiten, d. h. die Strömungsrichtung von Heizfluid und Arbeitsfluid sind einander entgegengerichtet. Denkbar ist aber auch eine Ausführung im Gleichstromprinzip.
Das Verschlusselement sollte mindestens zwei Zustände aufweisen, wobei das
Verschlusselement bevorzugt zudem zwischen diesen zwei Zuständen weitere kontinuierlich oder diskret veränderbare Zwischenzustände einnehmen können sollte. Einer der mindestens zwei Zustände ließe sich hierbei durch eine maximale Öffnungsrate beschreiben, d. h. ein durch das Verschlusselement hervorgerufener Gegendruck im Hauptströmungskanal der Wärmeübertrageranordnung ist minimal, das Heizfluid wird also lediglich in minimaler Weise an der Durchströmung des Hauptströmungskanals gehindert. In einem solchen Zustand würde zudem kein oder im Wesentlichen ein minimaler Volumenstromanteil des Heizfluides den Nebenströmungskanal durchströmen, wodurch der Hauptströmungskanal als Bypass des Nebenströmungskanals wirkt. Ein zweiter der mindestens zwei Zustände ließe sich
entsprechend durch eine minimale Öffnungsrate des Verschlusselementes beschreiben, was bedeutet, dass in diesem Zustand der durch das Verschlusselement hervorgerufene
Gegendruck im Hauptströmungskanal maximal wäre. Das Heizfluid würde somit in maximaler Weise an der Durchströmung des Hauptströmungskanals gehindert werden, wodurch kein oder ein minimaler Volumenstromanteil des Heizfluides den Hauptströmungskanal respektive ein maximaler Volumenstromanteil den Nebenströmungskanal durchströmen würde. Die notwendige Betätigung des Verschlusselementes wäre beispielsweise über ein elektrisches oder pneumatisches Stellglied realisierbar.
Die beschriebene Öffnungsrate bestimmt sich hierbei aus dem Verhältnis der durchströmbaren Querschnittsfläche des Hauptströmungskanals zur Gesamtquerschnittsfläche des
Hauptströmungskanals.
Bei der Durchströmung des Nebenströmungskanals durch das Heizfluid wird die in dem
Heizfluid vorhandene thermische Energie oder Wärme über das Wärmeübertragerelement in das Arbeitsfluid übertragen. Hierdurch sollte das Arbeitsfluid wenigstens erwärmt, bevorzugt jedoch verdampft werden. Das Arbeitsfluid sollte zudem Teil eines sich anschließenden Kreisprozesses sein, in welchem es in einem gasförmigen Zustand beispielsweise dem Antrieb eines Generators dienen könnte.
Das Verschlusselement kann als eine Klappe, insbesondere als eine Abgasklappe, ausgebildet sein, wobei die Winkelstellung der Klappe oder der Abgasklappe deren Öffnungsrate bestimmen sollte. Hierbei könnte in einem ersten Zustand maximaler Öffnungsrate die Klappe oder Abgasklappe in einem Drehwinkel von 0 Grad oder 180 Grad zur Strömungsrichtung des Heizfluides oder entsprechend zur Längsrichtung des Hauptströmungskanals ausgerichtet sein. In einem zweiten Zustand, also in dem Zustand minimaler Öffnungsrate, läge eine
Winkelstellung der Klappe oder auch Abgasklappe mit einem Drehwinkel von 90 Grad oder 270 Grad zur Strömungsrichtung des Heizfluides und/oder zur Längsrichtung des
Hauptströmungskanals vor. Das Heizfluid kann insbesondere als ein Abgas ausgebildet sein, welches den Abgastrakt, insbesondere den Abgastrakt einer Brennkraftmaschine, durchströmt, wobei die
Brennkraftmaschine den entsprechenden Heizfluiderzeuger darstellen würde. In diesem Fall würde der Heizfluidtrakt demzufolge dem Abgastrakt, insbesondere dem Abgastrakt der Brennkraftmaschine, wie z. B. einem Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges, entsprechen.
Das Arbeitsfluid sollte als ein Fluid ausgebildet sein, welches durch die aus dem Heizfluid durch das Wärmeübertragerelement übertragene Wärme aus der flüssigen in die gasförmige Phase übergeht, also verdampft werden kann. Infrage kommen für ein solches Arbeitsfluid
beispielsweise Wasser, aber auch Alkohole wie Ethanol. Zudem ließen sich als Arbeitsfluid Kältemittel unterschiedlicher Ausprägung verwenden.
In einer überaus vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der Nebenströmungskanal der Wärmeübertrageranordnung ausschließlich über den Einlass des Nebenströmungskanals mit dem Hauptströmungskanal der Wärmeübertrageranordnung fluiddurchlässig verbunden.
Dementsprechend liegt also zwischen dem Auslass des Nebenströmungskanals und dem Hauptströmungskanal keine respektive keine unmittelbare fluiddurchlässige Verbindung vor, was gewinnbringend insbesondere dazu führt, dass der Aufbau der
Wärmeübertrageranordnung vereinfacht wird und dieser somit eine verringerte
Fehleranfälligkeit aufweist.
Die fluiddurchlässige Verbindung bedeutet in diesem Zusammenhang eine stoffdurchlässige Verbindung, welche wenigstens für Fluide sowie Gase durchlässig ist. Eine Durchlässigkeit für feste Stoffe ist hierbei jedoch nicht ausgeschlossen. Ebenso ist es als selbstverständlich anzusehen, dass über diese fluiddurchlässige Verbindung ebenfalls Energie übertragen werden kann.
Eine Ausführungsform der Erfindung ist auch dann als vorteilhaft anzusehen, wenn der Nebenströmungskanal über den Auslass des Nebenströmungskanals mit einem einen Einlass sowie einen Auslass aufweisenden Verschlussbypasskanal fluiddurchlässig verbunden ist. Durch eine solche Ausgestaltung wird es nutzbringend ermöglicht, dass sich das Heizfluid nicht im Nebenströmungskanal aufstaut, was in positiver Weise ein mögliches Überhitzen des Wärmeübertragerelementes und/oder des im Wärmeübertragerelement strömenden Arbeitsfluid verhindert. Ist zudem der Verschlussbypasskanal über den Auslass des Verschlussbypasskanals stromabwärts des Kanalverschlusselementes mit dem Heizfluidtrakt fluiddurchlassig verbunden, dann ist es möglich, dass das aus dem Nebenströmungskanal in den Verschlussbypasskanal übergeströmte Heizfluid wieder in den Heizfluidtrakt rückgeführt werden kann, wodurch gewinnbringend kein Gegendruck im Verschlussbypasskanal und/oder im
Nebenströmungskanal erzeugt wird und die Ableitung des Heizfluides unter Umgehung des Kanalverschlusselementes ermöglicht wird. Dies ist von besonderer Bedeutung, wenn sich das Kanalverschlusselement in einem Zustand befindet, in welchem dieses nicht seine maximale Öffnungsrate aufweist und somit der Hauptströmungskanal teilweise oder vollständig
verschlossen vorliegt, wodurch ein entsprechender Volumenstromanteil des Heizfluides in den Nebenströmungskanal einströmt.
Eine äußerst gewinnbringende Ausbildung der Erfindung liegt darin begründet, dass der Hauptströmungskanal durch ein von einem Gehäuse umschlossenes Fluidrohr gebildet ist, wobei das Gehäuse das Fluidrohr orthogonal zur Längsrichtung des Fluidrohres umschließt. Hierbei ist eine entsprechend koaxiale Anordnung von Gehäuse und Fluidrohr denkbar, wobei das Fluidrohr im einfachsten Fall als ein Zylinderrohr ausgeprägt sein kann.
Zweckmäßigerweise sollte das Fluidrohr nicht vollständig, sondern lediglich orthogonal zur und in Längsrichtung des Fluidrohres von dem Gehäuse umschlossen sein, sodass die den Einlass und den Auslass des Hautströmungskanals bildenden Stirnseiten des Fluidrohres nicht vom Gehäuse umschlossen sind. Eine solche Ausgestaltung bietet in erfolgversprechender weise einen wenig fehleranfälligen Grundaufbau der Wärmeübertrageranordnung.
Eine darüber hinaus sehr erfolgversprechende erfindungsgemäße Weiterbildung lässt sich darin sehen, dass der Einlass des Nebenströmungskanals durch zumindest eine in der Wandung des Fluidrohres ausgebildete Öffnung gebildet wird, wobei diese Öffnung in einem Bereich des Fluidrohres liegen sollte, welcher durch das Gehäuse umschlossen wird und hierdurch den Hauptströmungskanal mit dem Nebenströmungskanal fluiddurchlässig verbindet. Die Öffnung kann dabei eine beliebige Form, beispielsweise eine kreisförmige, ovale oder auch elliptische Form annehmen. Ebenso ist es denkbar, dass die Öffnung in Form eines Schlitzes vorliegt. Neben einer einzelnen Öffnung wird jedoch eine Ausführungsform mit mehreren Öffnungen bevorzugt, wobei diese in Umfangsrichtung des Fluidrohres zueinander beabstandet angeordnet sein können.
Ist zudem der Nebenströmungskanal durch einen Fluidraum gebildet, welcher zwischen dem Fluidrohr und dem das Fluidrohr umschließende Gehäuse ausgebildet ist, so kann davon ausgegangen werden, dass darin eine äußerst wenig fehleranfällige Ausgestaltung des
Nebenströmungskanals der Wärmeübertrageranordnung liegt. Hierbei sollten wenigstens die beiden Stirnbereiche des Gehäuses mit dem Fluidrohr fluidundurchlässig verbunden sein, wobei die Verbindung stoffschlüssig und auch kraft- und/oder formschlüssig ausgeführt sein kann. Die Länge des Nebenströmungskanals würde sich durch diese Ausgestaltung über die Längsausdehnung des Gehäuses, insbesondere durch die Beabstandung der Stirnbereiche des Gehäuses bestimmen.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist auch dadurch gekennzeichnet, dass der Verschlussbypasskanal als zumindest ein Überströmrohr ausgebildet ist, welches stromabwärts der Wärmeübertrageranordnung am Gehäuse der Wärmeübertrageranordnung und dem Heizfluidtrakt angeordnet ist und dadurch den Nebenströmungskanal auslassseitig unter Umgehung des Kanalverschlusselementes mit dem Heizfluidtrakt verbindet, sodass das Heizfluid aus dem Nebenströmungskanal in den Heizfluidtrakt strömen kann. Dabei sollte das Überströmrohr so angeordnet sein, dass ein erstes stirnseitiges Ende des Überströmrohres stromaufwärts mit dem Gehäuse der Wärmeübertrageranordnung und ein zweites stirnseitiges Ende des Überströmrohres stromabwärts mit dem Heizfluidtrakt fluiddurchlässig verbunden ist. Das Überströmrohr könnte zudem abschnittsweise parallel zum Hauptströmungskanal und/oder zum Heizfluidtrakt verlaufen. Der Verschlussbypasskanal in Form eines außerhalb des
Hauptströmungskanals und/oder des Heizfluidtraktes angeordneten Überströmrohr bietet vorteilhaft einen konstruktiv sowie fertigungstechnisch einfacher zu realisierenden Aufbau als beispielsweise ein innerhalb des Hauptströmungskanals und/oder des Heizfluidtraktes, z. B. in Form einer Rohr-in-Rohr-Ausführung, angeordneten Überströmrohrs.
Als überaus praxisgerecht ist es weiterhin anzusehen, wenn das Wärmeübertragerelement als eine von dem Arbeitsfluid durchströmbare Rohrwendel aus einem spiralförmig verlaufenden Rohr ausgebildet ist und/oder an einer äußeren Mantelfläche des spiralförmig verlaufenden Rohres und in Längsrichtung des Rohres zumindest abschnittsweise der Mittelachse des Rohres entgegengerichtet ausgeformte Rippen angeordnet ist. Eine Ausführung des
Wärmeübertragerelementes als eine Rohrwendel bietet gegenüber einer möglichen
Ausführungsvariante mit mehreren geradlinig sowie im Wesentlichen parallel zueinander und parallel zum Haupt- sowie Nebenströmungskanal verlaufenden Einzelrohren den Vorteil, dass sich keine Ungleichverteilung des Volumenstromes des Heizfluides einstellt. Im Falle mehrerer Einzelrohre ist es möglich, dass eine solche Ungleichverteilung zu einer lokalen Überhitzung und/oder Unterkühlung unterschiedlicher Einzelrohre führt, was eine ungleichmäßige oder gar ausbleibende Verdampfung des Arbeitsfluides und/oder einen Defekt der lokal überhitzten Einzelrohre zur Folge haben kann. Eine Ausgestaltung der Rohwendel dahingehend, dass an deren äußeren Mantelfläche Rippen ausgeformt sind, steigert den Wärmestrom aus dem Heizfluid in das Arbeitsfluid, wodurch der Wirkungsgrad der Wärmeübertragung erhöht werden kann. Hierbei ist es denkbar, dass die Rippen dadurch gebildet werden, dass auf das die Rippen zumindest abschnittsweise tragende Rohr ein sich in Längsrichtung des Rohres spiralförmig umwindendes Endlosband aufgebracht ist, welches der Abschnittslänge
entsprechend abgelängt ist. Die Verbindung zwischen dem die Rippen bildenden Endlosband und dem Rohr kann stoffschlüssig ausgebildet sein, wobei die Erzeugung des Stoffschlusses unter Verwendung eines Schweißverfahrens, insbesondere eines Laserschweißverfahrens erfolgen kann.
Ein solch beschriebenes Rohr kann in einer Ausführungsvariante beispielsweise einen
Außendurchmesser von acht Millimetern mit einer Wandstärke von 0,75 Millimetern und das die Rippen bildende Endlosband eine Breite von fünf Millimetern und eine Dicke von 0,5 Millimetern aufweisen.
Eine weitere mit Vorteil behaftete Ausgestaltung der Vorrichtung lässt sich dadurch gestalten, dass zwischen dem Fluidrohr und der Rohrwendel und/oder zwischen der Rohrwendel und dem Gehäuse ein das Fluidrohr und/oder die Rohrwendel orthogonal zur Längsrichtung des
Fluidrohres umschließende, verformbare Zwischeneinlage angeordnet ist, mit welcher sich das Fluidrohr und die Rohrwendel und/oder die Rohwendel und das Gehäuse in Kontakt befinden. Denkbar ist, dass die Zwischeneinlage hierbei elastisch und/oder plastisch verformbar ist und beispielsweise als ein Gewebe, Gewirke und/oder Gestricke vorliegt. Denkbar sind dabei Filzmatten und/oder Fasermatten, wie z. B. Glasfasermatten und hierbei insbesondere Silikat- Glasfasermatten. Daraus ergibt sich, dass die Zwischeneinlage auch im Allgemeinen grundsätzlich eben und flächig ausgebildet sein kann, wobei eine solch ausgebildete
Zwischeneinlage um das Fluidrohr und/oder um die innere Mantelfläche des Gehäuses umgeschlagen respektive angelegt wird, sodass sich die Zwischenlage an die jeweilige Kontur anpasst. Die Zwischeneinlage könnte jedoch ebenso hohlzylinderförmig, quasi in Form eines Flexrohres oder einer Stulpe vorliegen, sodass diese auf das Fluidrohr aufgeschoben und/oder zwischen Rohrwendel und Gehäuse zwischengeschoben werden kann. Im Gegensatz dazu kann die Zwischeneinlage jedoch ebenso als ein Vollmaterial vorliegen. Die Zwischeneinlage kann als ein Isolationselement und/oder ein Dichtelement ausgebildet sein, wodurch einerseits der Wärmefluss in die Umgebung sowie gegebenenfalls in den Hauptströmungskanal, also z. B. das Fluidrohr, minimiert werden kann. Hierfür ist es als vorteilhaft anzusehen, wenn die
Zwischeneinlage mit einer Wärmestrahlung reflektierenden Schicht, wie beispielsweise einer Edelstahlfolie, kaschiert wäre. Diese Kaschierung hätte zudem den Vorteil, dass der
Volumenstrom des Heizfluides aufgrund seiner Strömungsgeschwindigkeit keine Anteile der Zwischenlage mitreißen kann, was z. B. bei der Verwendung von aus Fasern bestehenden Zwischeneinlagen zu verhindern wäre, um eine stetige Reduzierung der Zwischeneinlage und somit einem Defekt vorzubeugen. Da sich die Zwischeneinlage oder die Zwischeneinlagen mit dem Fluidrohr, der Rohrwendel und dem Gehäuse in Kontakt befinden, können diese ebenfalls die Funktion eines Dichtelementes erfüllen. Dies ist insbesondere bei Ausgestaltung der Rohrwendel mit Rippen vorteilhaft, da mittels der Zwischeneinlagen erreicht werden kann, dass das Heizfluid den Nebenströmungskanal im Wesentlichen durch einen durch die
Rippenzwischenräume gebildeten wendeiförmigen Rippenkanal entlang der Rippen
durchströmt, wodurch die Wärmeübertragung in das Arbeitsfluid erhöht werden kann. Neben den beschriebenen Funktionen ist es weiterhin möglich, dass das Zwischenelement dem Toleranzausgleich zwischen Fluidrohr und Rohrwendel und/oder Rohrwendel und Gehäuse dient.
Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese zeigt in
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht der Vorrichtung;
Fig. 2 eine erste Schnittdarstellung der Vorrichtung;
Fig. 3 eine zweite Schnittdarstellung der Vorrichtung;
Fig. 4 eine Darstellung eines mit Rippen ausgebildeten Rohres.
Figur 1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen
Vorrichtung 1 zur Wärmerückgewinnung aus einem Heizfluid. Dieses Heizfluid durchströmt im Betrieb eines Heizfluiderzeugers den Heizfluidtrakt 2. Die Vorrichtung 1 weist das
Kanalverschlusselement 3 sowie die Wärmeübertrageranordnung 4 auf, wobei diese aus dem Nebenströmungskanal 5, dem Hauptströmungskanal 6 sowie dem Wärmeübertragerelement 1 1 besteht. Das Wärmeübertragerelement 1 1 ist hierbei als Rohrwendel 22 aus dem spiralförmig verlaufenden Rohr 23 ausgebildet. Der Volumenstrom des Heizfluides durch den
Hauptströmungskanal 6 und/oder den Nebenströmungskanal 5 ist dabei in Abhängigkeit der Öffnungsrate des stromabwärts der Wärmeübertrageranordnung 4 angeordneten Kanalverschlusselementes 3 regulierbar. Der Nebenströmungskanal 5 ist zudem ausschließlich über den Einlass 7 des Nebenströmungskanals 5 mit dem Hauptströmungskanal 6
fluiddurchlässig verbunden. Verschließt das Kanalverschlusselement 3 den
Hauptströmungskanal 6, strömt das Heizfluid über den Einlass 7 in den Nebenströmungskanal 5. Das hierbei im Betrieb der Wärmeübertrageranordnung 4 in dem Wärmeübertragerelement 1 1 strömende Arbeitsfluid wird aufgrund des Wärmeflusses vom Heizfluid über das
Wärmeübertragerelement 1 1 in das Arbeitsfluid erwärmt. Das Heizfluid strömt nach Durchtritt durch den Nebenströmungskanal 5 über den Verschlussbypasskanal 14 zurück in den
Heizfluidtrakt 2. Bei geöffnetem Kanalverschlusselement durchströmt das Heizfluid unter Umgehung des Nebenströmungskanals 5 im Wesentlichen den Hauptströmungskanal 6 und gelangt unmittelbar wieder in den Heizfluidtrakt 2.
Figur 2 zeigt ebenfalls eine Weiterbildung der Vorrichtung 1 , wobei diese im Schnitt dargestellt ist. Hierbei zeigt die Vorrichtung 1 wiederum das Kanalverschlusselement 3 sowie die
Wärmeübertrageranordnung 4. Die Wärmeübertrageranordnung 4 weist den vom
Nebenströmungskanal 5 umgebenen Hauptströmungskanal 6 auf, wobei der
Hauptströmungskanal 6 den Einlass 9 sowie den Auslass 10 und der Nebenströmungskanal 5 die Einlässe 7 und den Auslass 8 aufweisen. Dabei ist der Hauptströmungskanal 6 durch das von dem Gehäuse 15 umschlossenen Fluidrohr 16 gebildet, wobei das Gehäuse 15 das Fluidrohr 16 orthogonal zur Längsrichtung 17 des Fluidrohres 16 umschließt. Zudem ist dargestellt, dass der Nebenströmungskanal 5 ausschließlich über die Einlässe 7 des
Nebenströmungskanals 5 mit dem Hauptströmungskanal 6 fluiddurchlässig verbunden ist, wobei die Einlässe 7 durch die in der Wandung 18 des Fluidrohres 16 ausgebildeten Öffnungen 19 gebildet werden. Im Nebenströmungskanal 5, welcher durch den Fluidraum 20 gebildet wird, der zwischen dem Fluidrohr 16 und dem Gehäuse 15 ausgebildet ist, ist zudem das
Wärmeübertragerelement 1 1 angeordnet. Hierbei ist das Wärmeübertragerelement 1 1 als eine Rohrwendel 22 ausgebildet, welche spiralförmig um das Fluidrohr 16 verläuft. Zudem ist zwischen der Rohrwendel 22 und dem Gehäuse 15 die die Rohrwendel 22 orthogonal zur Längsrichtung 25 des Fluidrohrs 16 umschließende, verformbare Zwischeneinlage 27 angeordnet, mit welcher sich zudem die Rohrwendel 22 und das Gehäuse 15 in Kontakt befinden. Überdies ist stromabwärts der Auslässe 10, 8 des Hauptströmungskanals 6 sowie des Nebenströmungskanals 5 das Kanalverschlusselement 3 angeordnet, wobei dieses in dieser Weiterbildung als eine Klappe ausgebildet ist und dabei die Winkelstellung des als Klappe ausgebildeten Kanalverschlusselementes 3 deren Öffnungsrate bestimmt. Das als Klappe ausgebildete Kanalverschlusselement 3 befindet sich in seinem zweiten Zustand, also im Zustand minimaler Öffnungsrate, wobei der Hauptströmungskanal 6 quasi verschlossen ist. Figur 2 zeigt ebenso, dass der Nebenströmungskanal 5 über seinen Auslass 8 mit dem Einlass 12 des Verschlussbypasskanals 14 und der Verschlussbypasskanal 14 wiederum über seinen Auslass 13 stromabwärts des Kanalverschlusselements 3 mit dem Heizfluidtrakt 2
fluiddurchlässig verbunden ist. Der Verschlussbypasskanal 14 ist wie dargestellt als das Überströmrohr 21 ausgebildet. Dieses Überströmrohr 21 ist zudem stromabwärts der
Wärmeübertrageranordnung 4 am Gehäuse 15 und dem Heizfluidtrakt 2 so angeordnet, dass sein erstes stirnseitiges Ende stromaufwärts mit dem Gehäuse 15 der
Wärmeübertrageranordnung 4 und sein zweites stirnseitiges Ende stromabwärts mit dem Heizfluidtrakt 2 fluiddurchlässig verbunden ist. Das Überströmrohr 21 verläuft dabei in einem Abschnitt parallel zum Hauptströmungskanal 6 sowie zum Heizfluidtrakt 2.
In Figur 3 ist die Vorrichtung 1 im Gegensatz zu Figur 2 mit dem als Klappe ausgebildeten Kanalverschlusselement 3 in seinem ersten Zustand mit entsprechend maximaler Öffnungsrate dargestellt. Der Durchfluss des Heizfluides durch den Hauptströmungskanal 6 ist somit maximal.
Figur 4 beschreibt eine Weiterbildung des grundsätzlich spiralförmig ausgebildeten Rohres 23, welches die in Figuren 1 bis 3 dargestellte Rohrwendel 22 bildet. Hierbei sind an der äußeren Mantelfläche 24 des Rohres 23 und in Längsrichtung 25 des Rohres 23 der Mittelachse 28 des Rohres 23 entgegengerichtet ausgeformte Rippen 26 angeordnet. Die Rippen 26 werden dadurch gebildet, dass auf das Rohr 23 ein abgelängtes, sich in Längsrichtung 25 des Rohres 23 spiralförmig um das Rohr 23 windendes Endlosband aufgebracht ist.
Bezugszeichenliste
Vorrichtung 21 Überströmrohr
Heizfluidtrakt 22 Rohrwendel
Kanalverschlusselement 23 Rohr
Wärmeübertrageranordnung 24 Mantelfläche
Nebenströmungskanal 25 Längsrichtung Hauptströmungskanal Rippen
Einlass Zwischeneinlage Auslass Mittelachse Einlass
Auslass
Wärmeübertragerelement
Einlass
Auslass
Verschlussbypasskanal
Gehäuse Fluidrohr
Längsrichtung
Wandung
Öffnung
Fluidraum

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung (1 ) zur Wärmerückgewinnung aus einem Heizfluid, welches im Betrieb eines Heizfluiderzeugers einen Heizfluidtrakt (2) durchströmt, aufweisend ein
Kanalverschlusselement (3) sowie eine Wärmeübertrageranordnung (4), wobei die
Wärmeübertrageranordnung (4) einen von einem Nebenstromungskanal (5) umgebenen Hauptströmungskanal (6) aufweist, hierbei Hauptströmungskanal (6) und
Nebenstromungskanal (5) jeweils zumindest einen Einlass (7, 9) sowie zumindest einen stromabwärts des Einlasses (7, 9) ausgebildeten Auslass (8, 10) zur Durchströmung mittels des Heizfluides aufweisen, in dem Nebenstromungskanal (5) zumindest ein im Betrieb der Vorrichtung (1 ) von einem Arbeitsfluid durchströmbares Wärmeübertragerelement (1 1 ) angeordnet und ein Volumenstrom des Heizfluides durch den Hauptströmungskanal (6) und/oder den Nebenstromungskanal (5) in Abhängigkeit einer Öffnungsrate des
Kanalverschlusselements (3) regulierbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das
Kanalverschlusselement (3) stromabwärts der Auslässe (8, 10) von Hauptströmungskanal (6) sowie Nebenstromungskanal (5) der Wärmeübertrageranordnung (4) angeordnet ist.
2. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Nebenstromungskanal (5) der Wärmeübertrageranordnung (4) ausschließlich über den Einlass (7) des
Nebenströmungskanals (5) mit dem Hauptströmungskanal (6) der
Wärmeübertrageranordnung (4) fluiddurchlässig verbunden ist.
3. Vorrichtung (1 ) nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der
Nebenstromungskanal (5) über den Auslass (8) des Nebenströmungskanals (5) mit einem einen Einlass (12) sowie einen Auslass (13) aufweisenden Verschlussbypasskanal (14) fluiddurchlässig verbunden ist.
4. Vorrichtung (1 ) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass der Verschlussbypasskanal (14) über den Auslass (13) des
Verschlussbypasskanals (14) stromabwärts des Kanalverschlusselementes (3) mit dem Heizfluidtrakt (2) fluiddurchlässig verbunden ist.
5. Vorrichtung (1 ) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass der Hauptströmungskanal (6) durch ein von einem Gehäuse (15) umschlossenen Fluidrohr (16) gebildet ist, wobei das Gehäuse (15) das Fluidrohr (16) orthogonal zur Längsrichtung (17) des Fluidrohres (16) umschließt.
6. Vorrichtung (1 ) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass der Einlass (7) des Nebenströmungskanals (5) durch zumindest eine in der Wandung (18) des Fluidrohres (16) ausgebildete Öffnung (19) gebildet wird.
7. Vorrichtung (1 ) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass der Nebenströmungskanal (5) durch einen Fluidraum (20) gebildet ist, welcher zwischen dem Fluidrohr (16) und dem das Fluidrohr (16) umschließenden Gehäuse (15) ausgebildet ist.
8. Vorrichtung (1 ) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass der Verschlussbypasskanal (14) als zumindest ein Überströmrohr (21 ) ausgebildet ist, welches stromabwärts der Wärmeübertrageranordnung (4) am
Gehäuse (15) der Wärmeübertrageranordnung (4) und dem Heizfluidtrakt (2) angeordnet ist.
9. Vorrichtung (1 ) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass das Wärmeübertragerelement (1 1 ) als eine von dem Arbeitsfluid durchströmbare Rohrwendel (22) aus einem spiralförmig verlaufenden Rohr (23) ausgebildet ist und/oder an einer äußeren Mantelfläche (24) des spiralförmig verlaufenden Rohres (23) und in Längsrichtung (25) des Rohres (23) zumindest abschnittsweise der Mittelachse (16) des Rohres (23) entgegengerichtet ausgeformte Rippen (26) angeordnet sind.
10. Vorrichtung (1 ) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass zwischen dem Fluidrohr (16) und der Rohrwendel (22) und/oder zwischen der Rohrwendel (22) und dem Gehäuse (15) ein das Fluidrohr (16) und/oder die Rohrwendel (22) orthogonal zur Längsrichtung (25) des Fluidrohres (16) umschließende, verformbare Zwischeneinlage (27) angeordnet ist, mit welcher sich das Fluidrohr (16) und die Rohrwendel (22) und/oder die Rohwendel (22) und das Gehäuse (15) in Kontakt befinden.
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