RU2724089C1 - Устройство для рекуперации тепла - Google Patents

Устройство для рекуперации тепла Download PDF

Info

Publication number
RU2724089C1
RU2724089C1 RU2019144038A RU2019144038A RU2724089C1 RU 2724089 C1 RU2724089 C1 RU 2724089C1 RU 2019144038 A RU2019144038 A RU 2019144038A RU 2019144038 A RU2019144038 A RU 2019144038A RU 2724089 C1 RU2724089 C1 RU 2724089C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
heat exchange
exchange element
heat
component
flow channel
Prior art date
Application number
RU2019144038A
Other languages
English (en)
Inventor
Йенс ГОККЕЛЬ
Хильмар ЛЕММЕР
Кристиан УРБАН
Original Assignee
Фольксваген Акциенгезельшафт
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Фольксваген Акциенгезельшафт filed Critical Фольксваген Акциенгезельшафт
Application granted granted Critical
Publication of RU2724089C1 publication Critical patent/RU2724089C1/ru

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/02—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being helically coiled
    • F28D7/024—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being helically coiled the conduits of only one medium being helically coiled tubes, the coils having a cylindrical configuration
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/20—Bonding
    • B23K26/32—Bonding taking account of the properties of the material involved
    • B23K26/323—Bonding taking account of the properties of the material involved involving parts made of dissimilar metallic material
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/02—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust
    • F01N3/0205—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust using heat exchangers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/02—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust
    • F01N3/04—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust using liquids
    • F01N3/043—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust using liquids without contact between liquid and exhaust gases
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N5/00—Exhaust or silencing apparatus combined or associated with devices profiting by exhaust energy
    • F01N5/02—Exhaust or silencing apparatus combined or associated with devices profiting by exhaust energy the devices using heat
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D21/00—Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
    • F28D21/0001—Recuperative heat exchangers
    • F28D21/0003—Recuperative heat exchangers the heat being recuperated from exhaust gases
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/02—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being helically coiled
    • F28D7/026—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being helically coiled the conduits of only one medium being helically coiled and formed by bent members, e.g. plates, the coils having a cylindrical configuration
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F1/00—Tubular elements; Assemblies of tubular elements
    • F28F1/10—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses
    • F28F1/12—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element
    • F28F1/34—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element and extending obliquely
    • F28F1/36—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element and extending obliquely the means being helically wound fins or wire spirals
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F21/00—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials
    • F28F21/08—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials of metal
    • F28F21/081—Heat exchange elements made from metals or metal alloys
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F27/00—Control arrangements or safety devices specially adapted for heat-exchange or heat-transfer apparatus
    • F28F27/02—Control arrangements or safety devices specially adapted for heat-exchange or heat-transfer apparatus for controlling the distribution of heat-exchange media between different channels
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2240/00—Combination or association of two or more different exhaust treating devices, or of at least one such device with an auxiliary device, not covered by indexing codes F01N2230/00 or F01N2250/00, one of the devices being
    • F01N2240/36—Combination or association of two or more different exhaust treating devices, or of at least one such device with an auxiliary device, not covered by indexing codes F01N2230/00 or F01N2250/00, one of the devices being an exhaust flap
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2410/00—By-passing, at least partially, exhaust from inlet to outlet of apparatus, to atmosphere or to other device
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F21/00—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials
    • F28F21/08—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials of metal
    • F28F21/081—Heat exchange elements made from metals or metal alloys
    • F28F21/082—Heat exchange elements made from metals or metal alloys from steel or ferrous alloys
    • F28F21/083—Heat exchange elements made from metals or metal alloys from steel or ferrous alloys from stainless steel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F21/00—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials
    • F28F21/08—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials of metal
    • F28F21/081—Heat exchange elements made from metals or metal alloys
    • F28F21/084—Heat exchange elements made from metals or metal alloys from aluminium or aluminium alloys
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F21/00—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials
    • F28F21/08—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials of metal
    • F28F21/081—Heat exchange elements made from metals or metal alloys
    • F28F21/085—Heat exchange elements made from metals or metal alloys from copper or copper alloys
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • 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
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

Abstract

Изобретение относится к устройству для рекуперации тепла из нагревательной среды, содержащему теплообменник (1) с основным проточным каналом (3), окруженным дополнительным проточным каналом (2). При этом внутри дополнительного проточного канала (2) находится по меньшей мере один теплообменный элемент (4), посредством которого при работе источника отходящего тепла тепло из нагревательной среды, создаваемой источником отходящего тепла, передается в текущую через теплообменный элемент (4) рабочую среду. Кроме того, теплообменный элемент (4) содержит по меньшей мере два компонента (5, 6), причем по меньшей мере на одном участке (7, 8) теплообменного элемента (4) материал первого компонента (5) теплообменного элемента, через который течет рабочая среда, и материал второго, увеличивающего поверхность теплообменного элемента (4), компонента (6) теплообменного элемента (4) имеют разные свойства материала. 9 з.п. ф-лы, 3 ил.

Description

Изобретение относится к устройству для рекуперации тепла из нагревательной среды, которое содержит систему теплообменника с основным проточным каналом, окруженным дополнительным проточным каналом. При этом внутри дополнительного проточного канала находится по меньшей мере один теплообменный элемент, посредством которого при работе источника отходящего тепла тепло из нагревательной среды, создаваемой источником отходящего тепла, передается в текущую через теплообменный элемент рабочую среду.
В этой связи в DE 10 2012 204 126 A1 описан парогенератор, который находится в выпускном тракте автомобильного двигателя. При этом парогенератор содержит корпус с впускной и выпускной зонами, причем внутри и коаксиально корпусу находится трубчатая проходная линия, проходящая от впускной зоны к выпускной. Эта проходная линия имеет также разрезы на ее концевых участках, находящихся во впускной и выпускной зонах, так что отработанный газ, поступающий в парогенератор, может попадать в промежуток между стенкой корпуса и проходной линией. В этом промежутке рядом с проходной линией находится спиральная труба, через которую может течь текучая среда, подлежащая испарению. При этом спиральная труба, в одном варианте осуществления имеющая дискообразные ребра для повышения теплопередачи, служит структурным элементом теплообменника, через который содержащаяся в отработанном газе тепловая энергия передается на испаряемую текучую среду. Кроме того, внутри парогенератора, более точно, внутри проходной линии, находится управляющий клапан, при этом в зависимости от положения управляющего клапана проходная линия находится в закрытом или открытом состоянии. Предпочтительно, управляющий клапан находится во впускной зоне, причем при закрытой проходной линии отработанный газ через прорези в концевой области проходной линии попадает в промежуток между проходной линией и корпусом и перетекает в спиральную трубу. При открытой проходной линии отработанный газ, минуя промежуточную зону, сразу попадает из впускной зоны в выпускную зону, вследствие чего передача тепла от отработанного газа в испаряемую текучую среду по существу предотвращается. При этом конфигурация с использованием спиральной трубы считается невыгодной, поскольку адаптация спиральной трубы к различным требованиям, например, в отношении термостойкости, теплопроводности и коррозионной стойкости не представляется возможной.
Возможности изготовления вышеописанных, снабженных дискообразными ребрами спиральных труб раскрыты, наряду с прочим, в EP 0303074 B1 и EP 0819497 B1. В этом случае образующую ребра бесконечную ленту обвивают по спирали дистанцированно в продольном направлении вокруг трубы и соединяют с ней с замыканием материала способом лазерной сварки. При этом, согласно EP 0303074 B1, поверхность трубы и обращенная к трубе нижняя кромка ленты расплавляется в зоне контакта трубы и ленты, а согласно EP 0819497 B1, напротив, расплавляется только поверхность трубы в зоне контакта трубы и ленты, но перед контактом ленты с трубой. Таким образом, способ, описанный в EP 0819497 B1, позволяет упростить соединение трубы из нержавеющей стали с бесконечной лентой из меди. В случае способа, описанного в EP 0303074 B1, из–за разных свойств материала, таких как разные температуры плавления, это сделать затруднительно.
На этом фоне задачей изобретения является разработать устройство упомянутого в начале типа таким образом, чтобы система теплообменника и, в частности, теплообменный элемент были реализованы так, чтобы они позволяли адаптацию к различным требованиям, например, в отношении термостойкости, теплопроводности и коррозионной стойкости.
Эта задача решена посредством устройства с признаками пункта 1 формулы изобретения. Зависимые пункты относятся к особенно целесообразным усовершенствованным вариантам изобретения.
Таким образом, согласно изобретению предусмотрено устройство для рекуперации тепла из нагревательной среды, которое содержит систему теплообменника с основным проточным каналом, окруженным дополнительным проточным каналом. При этом внутри дополнительного проточного канала находится по меньшей мере один теплообменный элемент, посредством которого при работе источника отходящего тепла тепло из нагревательной среды, создаваемой при работе источника отходящего тепла, передается в рабочую среду, текущую через теплообменный элемент. Далее, теплообменный элемент согласно изобретению содержит по меньшей мере два компонента, причем по меньшей мере на одном участке теплообменного элемента материал первого компонента теплообменного элемента, через который течет рабочая среда, и материал второго компонента теплообменного элемента, увеличивающего поверхность теплообменного элемента, имеют разные свойства материала. Так, можно, чтобы теплообменный элемент имел всего один участок, т.е. по существу состоял из этого одного участка, в котором материалы и/или свойства материала первого компонента и второго компонента теплообменного элемента отличаются. Однако, можно образовать два или более участков. Использование разных материалов или соответствующих материалов с разными свойствами материала для первого компонента и второго компонента теплообменного элемента позволяет адаптировать коррозионную стойкость теплообменного элемента в отношении рабочей среды и/или нагревательной среды. Кроме того, имеется возможность, также в сочетании с адаптацией к коррозионной стойкости, рассчитывать теплообменный элемент в отношении термостойкости и/или требований к теплопроводности первого компонента и второго компонента. Это особенно выгодно, когда нагревательная среда, текущая через дополнительный проточный канал теплообменника и, таким образом, перетекающая через теплообменный элемент, согласно случаю использования и/или позиционирования устройства имеет разные температуры.
Например, устройство может размещаться внутри газовыпускной системы двигателя внутреннего сгорания, причем в зависимости от расстояния устройства от находящегося ниже по потоку двигателя внутреннего сгорания отработанный газ, текущий через систему теплообменника устройства, будет иметь разную температуру.
Если температуры нагревательной среды будут слишком высокими, предпочтительно использовать материал с высокой термостойкостью и по возможности с более низкой теплопроводностью по сравнению с материалом, имеющим относительно него более низкую термостойкость, но более высокую теплопроводность. Напротив, при более низких температурах нагревательной среды, при которых высокая теплопроводность материала предпочтительнее высокой термостойкости, следует использовать такой материал.
Это относится как к первому, так и второму компоненту теплообменного элемента, причем следует внимательно выбирать материал, в частности, второго компонента, увеличивающего поверхность теплообменного элемента, так как из–за его большей, по сравнению с первым компонентом, поверхности, основная часть теплового потока будет отбираться из нагревательной среды через этот второй компонент.
Наряду с термостойкостью и теплопроводностью, следует учитывать коррозионную стойкость. Использование разных материалов или одного материала с разными свойствами материала в зависимости от нагревательной среды и/или рабочей среды позволяет повысить коррозионную стойкость в отношении нагревательной среды и/или рабочей среды.
При этом нагревательная среда может представлять собой, в частности, отработанный газ, который течет через газовыпускную систему, в частности, газовыпускную систему двигателя внутреннего сгорания, при этом двигатель внутреннего сгорания соответственно является источником отходящего тепла. Кроме того, двигатель внутреннего сгорания может представлять собой двигатель внутреннего сгорания автомобиля.
С другой стороны, рабочая среда будет представлять собой текучую среду, которая за счет передаваемого из нагревательной среды теплообменным элементом тепла переходит из жидкой фазы в газообразную, то есть может испаряться. В качестве таких рабочих сред годятся, например, вода, а также спирты, как этанол. Кроме того, в качестве рабочей среды можно использовать хладагенты различного типа.
В одном особенно предпочтительном усовершенствовании изобретения теплообменный элемент содержит по меньшей два участка, причем материал и/или свойства материала первого компонента и второго компонента теплообменного элемента на первом участке являются одинаковыми, а на втором участке – отличающимися. Выполнение первого компонента и второго компонента из одного и того же материала и, тем самым, с одинаковыми свойствами материала, на первом участке и выполнение первого компонента и второго компонента из разных материалов или материалов с разными свойствами материала на втором участке теплообменного элемента, позволяет адаптировать теплообменный элемент к требованиям, предъявляемым к участкам, различающимся, например, в отношении уже упомянутых термостойкости, теплопроводности и/или коррозионной стойкости, первого компонента и/или второго компонента.
Один очень предпочтительный вариант осуществления изобретения основан на том, что в дополнительном проточном канале первый участок теплообменного элемента обращен к впуску дополнительного проточного канала и/или второй участок теплообменного элемента обращен от впуска дополнительного проточного канала. Ориентация участков, в частности, первого участка теплообменного элемента к впуску дополнительного проточного канала, а второго участка теплообменника от впуска дополнительного проточного канала, позволяет согласовать материал и/или свойства материала первого компонента и второго компонента первого участка, в частности, со свойствами нагревательной среды, втекающей через впуск дополнительного проточного канала. В этом случае следует ожидать высоких температур нагревательной среды прежде всего в области впуска. Если исходить из того, что нагревательная среда представляет собой отработанный газ, текущий через газовыпускную систему двигателя внутреннего сгорания, то температуры нагревательной среды могут лежать в диапазоне от 400°C до 800°C. При выполнении первого участка теплообменного элемента из одинаковых материалов и/или с одинаковыми свойствами материала можно предотвратить протекающую при описанных температурах и в известных случаях катализируемую нагревательной средой реакцию, если использовать разные материалы для первого и второго компонентов теплообменного элемента.
В этой связи, если материал второго компонента на втором участке теплообменного элемента имеет, кроме того, более высокую теплопроводность, чем материал второго компонента на первом участке теплообменного элемента, то это является выгодным, поскольку это позволяет очень оптимальное использовать имеющуюся в нагревательной среде тепловую энергию. Вследствие охлаждения нагревательной среды при протекании через дополнительный проточный канал в нагревательной среде будет устанавливаться градиент температуры от впуска к выпуску дополнительного проточного канала по всей его длине. Из–за этого температурного градиента можно, например, второй участок теплообменного элемента, находящийся в дополнительном проточном канале и направленный от впуска дополнительного проточного канала, оформить так, чтобы благодаря более высокой теплопроводности можно было обеспечить почти неизменный высокой тепловой поток из нагревательной среды через второй компонент в первый компонент и из него в рабочую среду. В этой связи возможно, чтобы материал второго компонента на первом участке теплообменного элемента имел более высокую термостойкость, чем материал второго компонента на втором участке теплообменного элемента. В результате можно, например, избежать повреждения второго компонента на первом участке из–за более высоких температур, чем на втором участке. Таким образом, первый участок теплообменного элемента было бы чрезвычайно выгодно выполнять в виде квази высокотемпературной области, а второй участок теплообменного элемента – в виде низкотемпературная область.
Один очень предпочтительный вариант изобретения отличается, кроме того, тем, что теплообменный элемент выполнен как по меньшей мере один витой трубопровод. При этом конструкция в виде витого трубопровода выгодна по сравнению, например, с конструкцией теплообменного элемента в виде прямолинейных, а также по существу параллельных друг другу и параллельным основному и дополнительному проточному каналам отдельных труб тем, что не возникает неоднородного распределения объемного потока нагревательной среды и, таким образом, неравномерного испарения или даже отсутствия испарения рабочей среды, и/или не возникает повреждений локально перегретых отдельных труб.
В этой связи, чрезвычайно целесообразным следует считать вариант, когда первый компонент теплообменного элемента образован из образующей центральную часть витого трубопровода и спирально проходящей теплообменной трубы, причем витой трубопровод и/или теплообменная труба витого трубопровода предпочтительно спирально обегает основной проточный канал. При этом витой трубопровод и/или теплообменная труба предпочтительно могут быть напрямую или опосредованно опираться на основной проточный канал, в частности, на образующую основной проточный канал гидродинамическую трубу.
Кроме того, из практических соображений очень выгодно, если второй компонент теплообменного элемента выполнен как система из нескольких передающих ребер, при этом передающие ребра образованы на наружной боковой поверхности и по меньшей мере на отдельных участках вдоль следующей спиральной форме теплообменной трубы средней линии теплообменной трубы выполнены проходящими от средней линии. С помощью передающих ребер можно повысить поток тепла из нагревательной среды в рабочую среду, благодаря чему можно повысить эффективность (КПД) теплопередачи. Один вариант осуществления передающих ребер состоит в том, что на теплообменную трубу, несущую на участках передающие ребра, нанесена следующая средней линии теплообменной трубы бесконечная лента, которая спирально обвивает теплообменную трубу и нарезана в размер соответственно длине участка. Соединение между бесконечной лентой, образующей передающие ребра, и теплообменной трубой может быть выполнено с замыканием материала, при этом создание замыкание материала может быть реализовано с применением процесса сварки, в частности, лазерной сварки.
Если по меньшей мере два участка теплообменного элемента образованы как витой трубопровод, причем витой трубопровод выполнен как цельная или составная теплообменная труба с передающими ребрами, отличающихся на участках своим материалом и/или свойствами материала, то можно конструктивно выгодным способом реализовать разные варианты теплообменного элемента. При этом допустимо, чтобы витой трубопровод, с одной стороны, имел цельную теплообменную трубу или, с другой стороны, эта теплообменная труба состояла из нескольких гидравлически соединенных друг с другом частичных элементов. Соединение может представлять собой соединение с силовым и/или геометрическим замыканием, но, в частности, с силовым замыканием. Далее, передающие ребра, образованные на боковой поверхности теплообменной трубы, должны быть выполнены в зависимости от соответствующего участка теплообменного элемента из материала, отличающегося для разных участков, или материала, имеющего разные свойства материала. Если передающие ребра образованы, например, из вышеописанной бесконечной ленты, то тем самым можно, с одной стороны, цельную, т.е. не образованную способом соединения с замыканием материала, теплообменную трубу обвить по спирали – образующей теплопередающие ребра и отрезанной на длину, соответствующую длине участков – бесконечной лентой из разных материалов и/или материалов с разными свойствами. С другой стороны, можно два или более частичных элемента витого трубопровода, каждый из которых состоит из части теплообменной трубы и из отличающихся своим материалом и/свойствами материала передающих ребер, соединить с замыканием материала, с силовым замыканием и/или геометрическим замыканием с получением витого трубопровода.
Также чрезвычайно выгодным является, если материал первого компонента теплообменного элемента представляет собой коррозионностойкую сталь, и/или материал второго компонента теплообменного элемента представляется собой алюминий, медь и/или коррозионностойкую сталь. При этом коррозионностойкая сталь, в частности, нержавеющая сталь, обладает высокой термостойкостью благодаря более высокой по сравнению с алюминием и медью температурой плавления. Зато алюминий и медь обладают гораздо более высокими коэффициентами теплопроводности по сравнению с коррозионностойкой сталью. Благодаря комбинации материалов в первом компоненте и втором компоненте можно сочетать соответствующие преимущества. Так, например, первый компонент и второй компонент первого, требующего высокой термостойкости участка теплообменника, могут состоять из коррозионностойкой стали, а первый компонент второго, требующего высокой теплопроводности, участка теплообменника может состоять из коррозионностойкой стали, однако второй компонент должен состоять из алюминия и/или меди. Кроме того, использование коррозионностойкой стали для первого компонента как на первом, так и на втором участке теплообменного элемента обеспечивает высокую коррозионную стойкость относительно текущей внутри первого компонента рабочей средой, как, например, этанол.
Аналогично, особенно полезное усовершенствование заключается в том, чтобы затвор канала находился ниже по потоку от выпуска основного проточного канала и/или от выпуска дополнительного проточного канала системы теплообменника, так как расположение затвора канала ниже по потоку от выпуска и/или выпусков основного проточного канала и/или дополнительного проточного канала позволяет упростить конструкцию системы теплообменника, что может снизить подверженность устройства сбоям при работе. Затвор канала может быть выполнен, например, как заслонка отработанного газа, угловое положение которой можно менять посредством распределительного вала. Благодаря расположению ниже по потоку и, тем самым, снаружи системы теплообменника, можно использовать заслонки отработанного газа с более коротким распределительным валом, чем при размещении внутри системы теплообменника, в результате чего можно снизить вероятность неисправностей, например, из–за заклинивания распределительного вала.
Изобретение допускает большое число вариантов осуществления. Для лучшего уточнения его основного принципа один из этих вариантов представлен на чертежах и будет описан ниже. На чертежах:
– фиг.1 показывает усовершенствование вариант системы теплообменника,
– фиг.2 показывает один вариант осуществления изобретения с затвором канала,
– фиг.3 показывает принципиально спирально выполненный витой трубопровод.
На фиг.1 показан усовершенствованный вариант системы 1 теплообменника с основным проточным каналом 3, окруженным дополнительным проточным каналом 2, причем внутри дополнительного проточного канала 2 находится теплообменный элемент 4, выполненный в виде витого трубопровода 10. При работе источника отходящего тепла он служит для передачи тепла из нагревательной среды, создаваемой источником отходящего тепла, в текущую через теплообменный элемент 4 рабочую среду. При этом теплообменный элемент 4 имеет два компонента 5, 6, причем первый компонент 5, через который течет рабочая среда, выполнен в виде спирально проходящей теплообменной трубы 11, а второй, увеличивающий поверхность теплообменного элемента 4 компонент 6 выполнен в виде системы из передающих ребер 12. Кроме того, теплообменный элемент 4 имеет два участка 7, 8, которые образованы цельным витым трубопроводом 10. При этом в дополнительном проточном канале первый участок 7 теплообменного элемента 4 обращен к впуску 9 дополнительного проточного канала 2, а второй участок 8 теплообменного элемента 4 – от впуска 9.
На фиг.2 показан один вариант осуществления изобретения, в котором представлено расположение затвора 13 канала ниже по потоку от выпуска 14 основного проточного канала 3 и выпуска 15 дополнительного проточного канала 2 системы 4 теплообменника. Внутри дополнительного проточного канала 2, в свою очередь, находится теплообменный элемент 4, выполненный в виде витого трубопровода 10. Кроме того, показано, что дополнительный проточный канал 2 гидродинамически (проницаемо для текучей среды) соединен с основным проточным каналом 3 исключительно через впуск 9 дополнительного проточного канала 2. Таким образом, когда основной проточный канал 3 полностью или частично закрыт затвором канала 13, втекающая в систему 1 теплообменника нагревательная среда проводится через дополнительный проточный канал 2, причем нагревательная среда выходит из него через выпуск 15 дополнительного проточного канала 2 и по перепускной трубе 19 ниже по потоку от затвора 13 канала возвращается в систему 20 нагревательной среды.
Фиг.3 иллюстрирует один усовершенствованный вариант принципиально спирально выполненного трубопровода 10, который показан на фиг.1 и 2, соответственно, в виде спирали. При этом на внешней боковой поверхности 16 теплообменной трубы 11 и вдоль принципиально следующей спиральной форме теплообменной трубы 11 средней линии 17 теплообменной трубы 11 выполнены передающие ребра 12, направленные от средней линии 17. Передающие ребра 11 в этом усовершенствованном варианте образованы бесконечной лентой 18, следующей средней линии 17 теплообменной трубы 11 и спирально завернутой вокруг теплообменной трубы 11.
Список ссылочных позиций
1 система теплообменник
2 дополнительный проточный канал
3 основной проточный канал
4 теплообменный элемент
5 первый компонент
6 второй компонент
7 первый участок
8 второй участок
9 впуск
10 витой трубопровод
11 теплообменная труба
12 передающие ребра
13 затвор канала
14 выпуск
15 выпуск
16 боковая поверхность
17 средняя линия
18 бесконечная лента
19 перепускная труба
20 система нагревательной среды

Claims (10)

1. Устройство для рекуперации тепла из нагревательной среды, содержащее систему (1) теплообменника с основным проточным каналом (3), окруженным дополнительным проточным каналом (2), причем внутри дополнительного проточного канала (2) расположен по меньшей мере один теплообменный элемент (4), посредством которого при работе источника отходящего тепла тепло из нагревательной среды, создаваемой источником отходящего тепла, передается в текущую через теплообменный элемент (4) рабочую среду, отличающееся тем, что теплообменный элемент (4) имеет по меньшей мере два компонента (5, 6), причем по меньшей мере на одном участке (7, 8) теплообменного элемента (4) материал первого компонента (5) теплообменного элемента (4), через который течет рабочая среда, и материал второго компонента (6) теплообменного элемента (4), увеличивающего поверхность теплообменного элемента (4), имеют отличающиеся друг от друга свойства материала.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что теплообменный элемент (4) имеет по меньшей мере два участка (7, 8), причем материал и/или свойства материала первого компонента (5) и второго компонента (6) теплообменного элемента (4) на первом участке (7) одинаковы, а на втором участке (8) являются разными.
3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что в дополнительном проточном канале (2) первый участок (7) теплообменного элемента (4) обращен к впуску (9) дополнительного проточного канала (2) и/или второй участок (8) теплообменного элемента (4) обращен от впуска (9) дополнительного проточного канала (2).
4. Устройство по одному из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что материал второго компонента (6) на втором участке (8) теплообменного элемента (4) имеет более высокую теплопроводность, чем материал второго компонента (6) на первом участке (7) теплообменного элемента (4).
5. Устройство по одному из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что теплообменный элемент (4) выполнен в виде по меньшей мере одного витого трубопровода (10).
6. Устройство по одному из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что первый компонент (5) теплообменного элемента (4) образован из образующей центральную часть витого трубопровода (10) и спирально проходящей теплообменной трубы (11).
7. Устройство по одному из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что второй компонент (6) теплообменного элемента (4) выполнен в виде системы из нескольких передающих ребер (12).
8. Устройство по одному из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что указанные по меньшей мере два участка (7, 8) теплообменного элемента (4) образованы витым трубопроводом (10), причем витой трубопровод (10) образован цельной или составной теплообменной трубой (11) с передающими ребрами (12), отличающимися на участках (7, 8) своим материалом и/или своими свойствами материала.
9. Устройство по одному из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что материал первого компонента (5) теплообменного элемента (4) представляет собой коррозионностойкую сталь, и/или материал второго компонента (6) теплопередающего элемента (4) представляет собой алюминий, медь и/или коррозионностойкую сталь.
10. Устройство по одному из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что затвор (13) канала находится ниже по потоку от выпуска (14) основного проточного канала (3) и/или выпуска (15) дополнительного проточного канала (2) системы (4) теплообменника.
RU2019144038A 2017-06-08 2018-05-22 Устройство для рекуперации тепла RU2724089C1 (ru)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102017209727.2A DE102017209727A1 (de) 2017-06-08 2017-06-08 Vorrichtung zur Wärmerückgewinnung
DE102017209727.2 2017-06-08
PCT/EP2018/063280 WO2018224297A1 (de) 2017-06-08 2018-05-22 Vorrichtung zur wärmerückgewinnung

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2724089C1 true RU2724089C1 (ru) 2020-06-19

Family

ID=62222685

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019144038A RU2724089C1 (ru) 2017-06-08 2018-05-22 Устройство для рекуперации тепла

Country Status (4)

Country Link
EP (1) EP3635314B1 (ru)
DE (1) DE102017209727A1 (ru)
RU (1) RU2724089C1 (ru)
WO (1) WO2018224297A1 (ru)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110005507B (zh) * 2019-03-08 2021-06-15 义乌市昕闵日用品有限公司 水暖型汽车尾气消音加热器

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0819497A1 (de) * 1996-07-17 1998-01-21 KME Schmöle GmbH Verfahren zur Herstellung eines Rippenrohrs und Rippenrohr
RU2284252C2 (ru) * 2004-11-01 2006-09-27 Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Центральный Научно-Исследовательский Институт Конструкционных Материалов "Прометей" (Фгуп "Цнии Км "Прометей") Способ сварки плавлением стыковых соединений биметалла на основе слоев из алюминиевых сплавов и стали или титана с одно- или двусторонними швами
RU2480316C2 (ru) * 2007-08-31 2013-04-27 Дженерал Электрик Компани Способ и устройство для соединения разнородных металлов
DE102012204126A1 (de) * 2012-03-15 2013-09-19 Eberspächer Exhaust Technology GmbH & Co. KG Dampferzeuger für einen Rankine-Prozess
EP2762695A1 (de) * 2013-01-30 2014-08-06 Eberspächer Exhaust Technology GmbH & Co. KG Wärmetauscher einer Brennkraftmaschine

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3726677A1 (de) 1987-08-11 1989-02-23 Schmoele Metall R & G Verfahren und vorrichtung zur herstellung von waermetauscherrohren
US20050133202A1 (en) * 2001-11-09 2005-06-23 Aalborg Industries A/S Heat exchanger, combination with heat exchanger and method of manufacturing the heat exchanger
WO2006090725A1 (ja) * 2005-02-23 2006-08-31 Sango Co., Ltd. 排気熱回収装置
DE202006016339U1 (de) * 2006-10-23 2007-01-18 Goebel, Peter Wärmetauscher

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0819497A1 (de) * 1996-07-17 1998-01-21 KME Schmöle GmbH Verfahren zur Herstellung eines Rippenrohrs und Rippenrohr
RU2284252C2 (ru) * 2004-11-01 2006-09-27 Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Центральный Научно-Исследовательский Институт Конструкционных Материалов "Прометей" (Фгуп "Цнии Км "Прометей") Способ сварки плавлением стыковых соединений биметалла на основе слоев из алюминиевых сплавов и стали или титана с одно- или двусторонними швами
RU2480316C2 (ru) * 2007-08-31 2013-04-27 Дженерал Электрик Компани Способ и устройство для соединения разнородных металлов
DE102012204126A1 (de) * 2012-03-15 2013-09-19 Eberspächer Exhaust Technology GmbH & Co. KG Dampferzeuger für einen Rankine-Prozess
EP2762695A1 (de) * 2013-01-30 2014-08-06 Eberspächer Exhaust Technology GmbH & Co. KG Wärmetauscher einer Brennkraftmaschine

Also Published As

Publication number Publication date
WO2018224297A1 (de) 2018-12-13
DE102017209727A1 (de) 2018-12-13
EP3635314A1 (de) 2020-04-15
EP3635314B1 (de) 2021-03-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6095534B2 (ja) 熱伝達装置
RU2135911C1 (ru) Способ испарения глубоко охлажденной жидкой рабочей среды, в частности жидкого водорода, и испаритель для его осуществления
RU2516041C2 (ru) Теплообменник
EP1620637B1 (fr) Systeme de refroidissement a basse temperature d'un equipement, notamment d'un equipement de vehicule automobile, et echangeurs de chaleur associes
US9709350B2 (en) Heat exchanger
JP2008144595A (ja) 排気熱回収装置
JP2007278623A (ja) 排熱回収装置
KR20120127401A (ko) 가스용, 특히 엔진의 배기 가스용 열교환기
CN105822456B (zh) 车辆中的热力系统
US20150322841A1 (en) Exhaust Line Comprising a Heat Exchanger, Corresponding Manufacturing Process and ...
RU2724089C1 (ru) Устройство для рекуперации тепла
RU2727499C1 (ru) Устройство для рекуперации тепла из нагревательной среды
JP2009222253A (ja) 排気熱回収器
JP4844600B2 (ja) 排気熱回収器
CN102713453B (zh) 用于对水进行加热和/或生产卫生热水的双管式凝结换热器
JP4450056B2 (ja) 排気熱回収器
JP6455159B2 (ja) 車両の排熱回収装置
JP2008275292A (ja) 排熱回収装置
JP2006207888A (ja) 二重管型熱交換器
TWI769445B (zh) 熱交換單元及熱交換儲熱系統
JP2007247554A (ja) 排気熱回収装置
RU2735768C1 (ru) Устройство для рекуперации тепла
JP2971685B2 (ja) 熱交換器およびその製造方法
JP2009127971A (ja) 熱交換器およびこれを備えた温水装置
JP7212149B2 (ja) 機関に燃焼ガスを提供するために液化ガスを蒸発させるアセンブリ