DE3131685A1 - Waermetauscher - Google Patents

Waermetauscher

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DE3131685A1
DE3131685A1 DE19813131685 DE3131685A DE3131685A1 DE 3131685 A1 DE3131685 A1 DE 3131685A1 DE 19813131685 DE19813131685 DE 19813131685 DE 3131685 A DE3131685 A DE 3131685A DE 3131685 A1 DE3131685 A1 DE 3131685A1
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DE
Germany
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heat exchanger
heat
exhaust gas
thermostat
halves
Prior art date
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Withdrawn
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DE19813131685
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English (en)
Inventor
Helmut 5060 Berg.-Gladbach Müller
Konrad 4000 Düsseldorf Okulicz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kloeckner Humboldt Deutz AG
Original Assignee
Kloeckner Humboldt Deutz AG
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Publication date
Application filed by Kloeckner Humboldt Deutz AG filed Critical Kloeckner Humboldt Deutz AG
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Publication of DE3131685A1 publication Critical patent/DE3131685A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60HARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/02Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices the heat being derived from the propulsion plant
    • B60H1/14Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices the heat being derived from the propulsion plant otherwise than from cooling liquid of the plant, e.g. heat from the grease oil, the brakes, the transmission unit
    • B60H1/18Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices the heat being derived from the propulsion plant otherwise than from cooling liquid of the plant, e.g. heat from the grease oil, the brakes, the transmission unit the air being heated from the plant exhaust gases
    • B60H1/20Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices the heat being derived from the propulsion plant otherwise than from cooling liquid of the plant, e.g. heat from the grease oil, the brakes, the transmission unit the air being heated from the plant exhaust gases using an intermediate heat-transferring medium

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Exhaust Silencers (AREA)

Description

  • W ä r m e t a u s c h e r
  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung der im Oberbegriff des ersten Anspruchs angegebenden ArtO Derartige Wärmetauscher können dazu dienen, das Kühl- oder Schmiermittel einer Brennkraftmaschine nach einem Kaltstart aufzuheizen und/oder einen Wärmeträger, der die aufgenommene Wärme über einen anderen Wärmetauscher dann wieder in einem Fahrgastraum oder einer Fahrerkabine eines Kraftfahrzuges abgibt.
  • Aus der US-PS 1,8959503 ist ein Fahrzeug mit einer Brennkraftmaschine mit einem Abgaswärmetauscher bekannt, in dem das Schmieröl erwärmt wird und in einem weiteren Wärmetauscher, der in dem Fahrgastraum des Fahrzeuges angeordnet ist, wieder abgibt. Der Nachteil einer derartigen Anordnung besteht darin, daß die gesamte Schmierölmenge aufgewärmt wird 9 so daß die Heizwirkung nur allmählich einsetzt0 Weiterhin läßt sich eine derartige Heizeinrichtung nur unvollkommen regulieren, da bei geringen den Wärmetauscher durchströmenden Schmierölmengen diese sehr stark durch das Abgas erwärmt werden9 unter Umständen derart stark, daß es überhitzt wird.
  • Aus diesen Gründen ist man dazu übergegangen, einen separaten Heizkreislauf mit Wasser und Antifrostmittel zu installieren. Nachteilig hierbei ist, daß bei Vollast der Brennkraftmaschine sehr hohe Abgastemperaturen auftreten, die von dem Wärmeträger auf Dauer nicht vertragen werden. Versuche, einen gegen diese hohen Temperaturen beständigen Wärmeträger zu finden, sind bisher Shlgeschlagen.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, einen Wärmetauscher der eingangs genannten Art bereitzustellen, bei dem übliche Wärmeträger verwendet werden können, ohne daß sie durch zu hohe Abgastemperaturen unbrauchbar werden.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des ersten Anspruchs gelöst.
  • Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, daß die Ubertragung der hohen Abgastemperaturen im Volllastbetrieb der Brennkraftmaschine auf den Wärmeträger dadurch vermieden werden kann, daß der Wärmeträger mit dem Wärmetauscher in einem in Abhängigkeit der Abgastemperatur oder seiner Temperatur veränderbaren Abstand zum Abgasrohr gehalten wird. Der größtmögliche Abstand wird dabei so groß gewählt, daß die bei Vollast der Brennkraftmaschinen auftretenden Abgastemperaturen es nicht mehr möglich machen, den Wärmeträger derart aufzuheizen, daß seine Standzeit darunter leidet.
  • Die Weiterbildung der Erfindung nach den Ansprüchen 2 bis 4 beschreibt drei bevorzugte AusfUl1rungsformen, mit denen auf einfache Art und Weise stufenlose Abstände zwischen dem Wärmetauscher und dem Abgasrohr eingestellt werden können. Hierbei wird bei der Ausführung nach Anspruch 2 ein zweiteiliger Wärmetauscher benötigt, bei der Ausführung nach Anspruch 3 und 4 kann ein rohr- oder kastenförmiger, einteiliger Wärmetauscher zur Anwendung gelangen.
  • Die Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 4 stellt eine besonders einfache und robuste Ausführungsform für die Anordnung des Wärmetauschers nach Anspruch 3 das, Im folgenden wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
  • Es stellen dar: Fig0 1 eine Draufsicht auf die erfindungsgemäß Wärmetauscheranordnung; Fig0 2 einen Schnitt durch den Thermostaten in Fig. 1; Fig0 3 eine Anordnung bei Verwendung eines rohr oder Rylinderförmigen Wärmetauschers ; Fig0 4 eine Anordnung des Wärmetauschers bei Verwendung eines Wärmerohres-.
  • In Fig. 1 ist ein Teil eines Abgasro bws 1 einer Brennkraftmaschine dargestellt. Es wird in Richtung des Pfeiles 2 vom Abgas durchströmt.
  • Der Wärmetauscher 3 besteht aus den beiden Hälften 3.1 und 3.2. Das wärmeaufnehmende Medium tritt bei 4 in die Wärmetauscherhälfte 3.1 ein, durchströmt se, wird über eine elastische Leitung 5 in die.Wärmetauscherhälfte 3.2 geleitet, durchströmt auch diese und tritt bei 6 wieder aus. Die beiden Wärmetauscherhälften 3.1 und 3.2 werden über vier scherenförmige Gelenke 7 unter der Wirkung einer oder mehrerer Rückholfedern 8 gegen das beidseitig abgeflachte Abgasrohr 1 gepreßt. Die scherenförmigen Gelenke 7 weisen einen zentralen Gelenkpunkt 7.1 auf, der auf dem Umfang des Abgasrohres 1 ortsfest angeordnet ist.
  • Zum Verschwenken der Wärmetaus cherhälft en 3.1 und 3.2 um die ortsfesten Gelenkpunkte 7.1 ist ein Thermostat 9 vorgesehen, welches von dem wärmeaufnehmendem Medium durchströmt wird und in diesem -Beispiel auf der Wärmetauscherhälfte 3.2 befestigt ist. Es weist eine in Abhängigkeit der Temperatur des wärmeaufnehmenden Mediums bewegbare Thermostatstange 10 auf, welche sich gegen eine an der Wärmetauscherhälfte 3.1 befestigte Platte 11, die für die Stange 10 einen Anschlag 12 aufweist, abstützt.
  • In Fig. 2 ist ein Querschnitt durch den Thermostaten 9 dargestellt. Er besteht aus einem Gehäuse 13, welches einen Einlaß 13.1 zum Einströmçn des wärmeaufnehmenden Mediums aus der WärmetauscherhälSte 3.2 aufweist und dem Auslaß 6e In dem Gehäuse 13 ist ein Kolben 14 angeordnet, in dessen Inneren die Thermostatstangc 10 axial verschiebbar angeordnet ist0 Der Kolben 14 weist einen Dehnstoffteil 15 auf, in dem eine unter Wärme sich ausdehnende Flüssigkeit oder ein Gas angeordnet ist. Die Wärmeausdehnung wirkt auf die Thermostatstange 10 so daß diese bei zunehmender Erwärmung aus dem Thermostat 9 ausgefahren wird.
  • Die erfindungsgemäße Anlage arbeitet folgendermaßen. Im Betrieb der hier nicht dargestellten Brennkraftmaschine wird das Abgasrohr 1 in Pfeilrichtung 2 von dem Abgas durchströmt. Solange das wärmeaufnehmende Medium in den beiden Wärmetauscherhälften 3.1 und 3.2 kalt ist, umschließen die beiden Wärmetauscherhälften den Umfang des Abgasrohres 1 (wie dargestellt).
  • Mit zunehmender Erwärmung des wärmeaufnehmenden Mediums wird auch der Thermostat 9 erwärmt. Dadurch wird die Thermostatstange 10 durch das sich ausdehnende Gas oder die Flüssigkeit in dem Dehnstoffteil 15 weiter herausgeschoben. Dadurch wird über den Anschlag 12 und die Platte 11 einerseits die Wärmetauscherhälfte 3.1 und über das Thermostatgehäuse 13 andererseits die Wärmetauscherhälfte 3e2 von dem Abgasrohr 1 weggedrückt und aufgrund der scherenförmigen Gelenke 7 um die ortsfesten Drehpunkte 7.1 geschwenkt, so daß die beiden Wärmetauscherhälften einen in Abhängigkeit der Temperatur des wärmeaufnehmenden Mediums entsprechenden Abstand zu der Oberfläche des Abgasrohres 1 einnehmen. Die mögliche Endstellung ist in Fig. 1 skizziert dargestellt. Fällt nun die Temperatur in der Umgebung des Thermostaten 9 ab, dann wird die Stange 10 durch die Rückholfeder 8 und Anschlag 12 in das Thermostatgehäuse hineingeschoben. Dadurch werden die Wärmetauscherhälften wieder an die Seiten des Abgasrohres gepreßt.
  • Von der Anordnung nach Fig. 1 unterscheidet sich die Anordnung gemäß Fig. 3 dadurch, daß in Fig.
  • 1 zwei Wärmetauscherhälften 3.1 und 3.2 vorgesehen sind, die mit dem Abgasrohr ebene Kontaktflächen aufweisen. In Fig. 3 hingegen ist ein ringförmiger Wärmetauscher 16 vorgesehen, dessen Kontaktfläche 17 mit dem Abgasrohr 1 konisch ausgebildet ist. Im Unterschied zu Fig. 1, 2 stützt sich die Thermostatstange 10 nunmehr gegen einen Anschlag 18 an dem Abgasrohr 1 ab. In der oberen Bildhälfte ist in Fig.
  • 3 der Wärmetauscher anliegend an das Abgasrohr 1 dargestellt, in der unteren Bildhälfte im max.
  • möglichen Abstand hierzu. Der Wärmetauscher 16 wird durch eine federartige Rückholeinrichtung in die ersterwähnte Stellung gebracht.
  • Aufgrund der konisch ausgebildeten Kontaktflächen 17 sind nun nicht mehr die scherenförmigen Gelenke 7 notwendig, sondern der Wärmetauscher 16 wird in einer Führung 19 auf Teilen seines Umfangs parallel zur Achse des Abgasrohres geführt. Der Thermostat 9 ist hierbei derart angeordnet, daß sich die Thermostatstange 10 an einen ortsfesten Anschlag abstützen kann und der Wärmetauscher 16 parallel zur Konusachse verschieben kann.
  • Erwärmt sich das wärmeaufnehmende Medium in der Anordnung gemäß Fig. 3, so fährt ebenfalls die Thermostatstange 10 aus und verschiebt nun den Wärmetauscher 16 parallel zur Achse des Abgasrohres 1. Aufgrund der konischen Kontaktfläche entsteht durch diese Geradbewgung ein Luftspalt zwischen dem Wärmetauscher 16 und dem Umfang des Abgasrohres 1.
  • Die Geradebewegung des Wårmetauschers 16 wird durch einen Anschlag 20 begrenzt.
  • Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 ist der topfförmige Wärmetauscher mit 21 bezeichnet. Er weist eine kegelige Kontaktfläche 22 auf, die mit einer entsprechenden Kontaktfläche eines Wärmetauschers 23 in Wirkverbindung steht. Das Wärmerohr 23 reicht in den Teil des Abgasrohres 1 hinein und ist in der Wand abgedichtet. Es hat die Aufgabe, die Wärme aus dem Abgas zur Kontaktfläche zu transportieren. Zur Unterbindung des Wärmetransports bei höheren Motorlasten dient die durch den Thermostaten 9 gesteuerte Abhebevorrichtung. Die Thermostatstange 10 stützt sich hier an einem Anschlag 18a ab, der axial an dem Wärmerohr 23 angeordnet ist. Bei einer bestimmten Temperatur des wärmeaufnehmenden Mediums wird der Wärmetauscher 21 durch das Herausfahren der Thermostatstange 10 angehoben. Zu der Ruhe-bzw. Kaltstellung wird der Wärmetauscher durch die Rückholfeder 8a an die Kontaktflächen des Wärmerohres gepreßt. Diese Ausführung zeichnet sich gegenüber den Vorhergehenden durch eine besonders kompakte Bauweise aus.
  • Leerseite

Claims (4)

  1. Patentansprüche t19 Wärmetauscher zum Aufheizen eines flüssigen Wärmeträgers, der seine Wärme von den Abgasen einer Brennkraftmaschine bezieht, indem der Abgasstrom mit dem Wärmetauscher in Kontakt steht, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand des Wärmetauschers (3, 16, 21) von dem Abgasstrom in Abhängigkeit der Abgas und/oder Wärmeträgertemperatur veränderbar ist.
  2. 2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (3) aus zwei über elastische Leitungen verbundene Hälften (3.1, 3.2) besteht, die sich an das den Abgasstrom führende Abgasrohr (1) anschmiegen, daß die Wärmetauscherhälften (3.1, 3.2) über scherenförmige Gelenke (7) verbunden sind, deren mittlerer Gelenkpunkt (7.1) ortsfest mit dem Abgasrohr (1) verbunden ist und daß ein Thermostat (9)nLt beiden Wärmetauscherhälften (3.1, 3.2) derart verbunden ist, daß bei Ausdehnung des Thermostaten (9) die Wärmetauscherhä2ften (3.1, 3.2) voneinander fort bewegt werden0
  3. 3. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (16) sich über konische Kontaktflächen (17) an das den Abgasstrom führende Abgasrohr (1) anschmiegt, daß der Thermostat (9) derart mit dem Wärmetauscher (16) und einer ortsfesten Abstützung (18) verbunden ist, daß der Wärmetauscher (16) parallel zur Achse des Konus bewegbar ist, indem der Wärmetauscher (16) auf einem Teil seines Umfangs in einer Geradführng (19) geführt ist.
  4. 4. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (21) sich über eine kegelige Kontaktfläche (22) an einer entsprechenden Fläche eines mit dem Abgasstrom in Wirkverbindung stehenden Wärmerohrs (23) anschmiegt und daß der Thermostat (9) derart mit dem Wärmetauscher (21) selbst und mit einer ortsfesten Abstützung (18a), insbesondere mit einer Abstützung am Wärmerohr (23),verbunden ist, daß der Wärmetauscher (21) entlang der Achse der kegeligen Kontaktfläche (22) in einem Zapfen bewegbar geführt ist.
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