DE3438592C2 - Wärmetauscher - Google Patents

Abstract

Es ist ein Wärmetauscher beschrieben mit einer rohrförmigen Wärmeaustauschwand, die von einem ersten Wärmeträger durchflossen und einem zweiten Wärmeträger umflossen ist, und mit einem den Durchflußquerschnitt eines Wärmeträgers verändernden Regelorgan. Um die im Wärmetauscher übertragene Wärmemenge ohne Veränderung der Durchflußmenge eines Wärmeträgers veränderbar zu machen, liegt der Durchflußquerschnitt zwischen der Wärmeaustauschwand und dem Regelorgan und bleibt in der Endstellung des Regelorgans in Schließrichtung ein an der Wärmeaustauschwand anliegender Restdurchflußquerschnitt erhalten. Der Wärmetauscher ist besonders für die Wärmeübertragung von den Abgasen einer Brennkraftmaschine auf deren Kühlwasser geeignet.

Description

ψ Pfeilrichtung 2 die Abgase der nicht weiter dargestellten If" Brennkraftmaschine. Ein Wandteil der Abgasleitung 1 .|| ist als Wärmeaustauschwand 3 des Wärmetauschers 4 Si ausgebildet, durch die Wärme von den Abgasen als ei- |J nem ersten Wärmeträger auf das Kühlwasser der lX Brennkraftmaschine als einem zweiten Wärmeträger Yi übertragbar ist Dieses strömt dem Wärmetauscher 4 in '; Pfeilrichtung 5 durch eine Kühlwasserleitung 6 zu, die Ij sich im Bereich der Wärmeaustauschwand 3 zu einer die ?J Abgasleitung 1 umschließenden Kammer 7 erweitert |1 Von der Wärmeaustauschwand 3 ragen Rippen 8 in die |i| Kammer 7, die den Wärmeübergang in das Kühlwasser f* erleichtern.

\jä Die Wärmeaustauschwand 3 ist in ihrem in Bezug auf M die Strömungsrichtung 2 der Abgase stromaufliegenden I^ Teilbereich von einer Welle 9 einer Drosselklappe 10 ϊ'ί durchsetzt die als Regelorgan für die im Wärmetaui^ scher 4 übertragene Wärmemenge dient In der in U F i g. 1 dargestellten vollständig geöffneten Stellung der i'■? Drosselklappe 10 ist die Wärmeübergangszahl und da- $ mit der Wärmeübergang klein, da die die Wärmeüber- £* gangszahl in bekannter Weise bestimmenden Größen J:-;' Strömungsgeschwindigkeit der Abgase klein und die ;·.■ den Durchflußquerschnitt repräsentierende Länge 1 ';, zwischen der Welle 9 und der Wärmeaustauschwand 3 ;'i groß ist Soll die übertragene Wärmemenge vergrößert werden, wird die Drosselklappe 10 in die in der F i g. 2 ;:- dargestellte Endstellung oder eine Zwischenstellung gejy dreht. Dadurch vergrößert sich einerseits die Strö- ·;*.; mungsgeschwindigkeit der Abgase an der Wärmeaus- ^ tausch wand 3 und verkleinert sich die den Durchfluß- :';? querschnitt repräsentierende Länge / als Abstand zwi-■^: sehen dem äußeren Rand der Drosselklappe 10 und der '·'■. Wärmeaustauschwand 3. Die genannten Veränderungen dieser beiden Größen wirken beide im Sinne einer Vergrößerung der Wärmeübergangszahl und damit des Wärmeübergangs.

Der Wärmeübergang wird weiter durch Rippen 11 erhöht, die in bezug auf die Strömungsrichtung 2 der ; Abgase unmittelbar stromab der Drosselklappe 10 von der Wärmeaustauschwand 3 in die Abgasleitung 1 ragen. Bei der in Fig.2 dargestellten Endstellung der ; Drosselklappe 10 liegen sie im Bereich der durch sie erzeugten Abgasturbulenzen, so daß sie große Wärmemengen aufnehmen können. Dagegen liegen sie bei der in F i g. 1 dargestellten Offenstellung der Drosselklappe 10 in der durch sie wenig gestörten glatten Äbgasströmung, deren Richtung der Längserstreckung der Rip- >: pen 11 entspricht.

Die Stellung der Drosselklappe 10 wird in günstiger Weise durch die Temperatur des Kühlwassers und/oder die Menge der Abgase gesteuert Bei niedriger Kühlwassertemperatur sollte der Wärmeübergang groß und damit die Drosselklappe 10 weitgehend geschlossen sein. Dies ist hinsichtlich der Leistungsverluste der Brennkraftmaschine durch die dabei auftretenden Drosselverluste nicht von Nachteil, da die Brennkraftmaschine in kaltem Betriebszustand zwecks ihrer Schonung üblicherweise mit geringer Last betrieben wird, also wenig Abgas erzeugt wird. Dagegen wird das Kühlwasser bei hoher Last der Brennkraftmaschine durch diese seibsi ausreichend efwäFiiii, SO däu dcf Wärmeübergang im Wärmetauscher 4 durch Öffnen der Drosselklappe 10 und damit auch der durch sie erzeugte Strömungswiderstand gering gehalten werden können.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

1 2 gelöst Patentansprüche: Bei dem erfindungsgemäß ausgebildeten Wärmetau scher kann im Gegensatz zu den bekannten Wärmetau-

1. Wärmetauscher mit einer rohrförmigen War- schern auch bei unveränderter Durchflußmenge des meaustauschwand, die von einem ersten Wärmeträ- 5 Wärmeträgers die Übertrageiis Wärmemenge veränger durchflossen und einem zweiten Wärmeträger dert werden, indem die Wärmeübergangszahl verändert umflossen ist, und mit einem den Durchflußquer- wird, die in bekannter Weise von der Strömungsgeschnitt eines Wärmeträgers verändernden im Inne- schwindigkeit des Wärmeträgers und von einer den ren des Wärmetauschers angeordneten Regelorgan, Durchflußquerschnitt repräsentierenden Länge abdadurch gekennzeichnet, daß der Durch- 10 hängt Diese beiden Werte können unmittelbar an der fiußquerschnitt zwischen dem Regelorgan (Drossel- Wärmeaustauschwand durch das Regelorgan verändert klappe 10) und der Wärmeaustauschwand (3) liegt werden, und zwar in einer die Wärmeübergangszahl und daß in der Endstellung des Regelorgans (Drcs- und damit die übertragene Wärmemenge im gleichen seiklappe 10) in Schließrichtung ein an der Wärme- Sinne beeinflussender Richtung. Es ist damit möglich, austauschwand (3) anliegender Restdurchflußquer- 15 eine Regelung der im Wärmetauscher übertragenen schnitt erhalten ist Wärmemenge vorzunehmen, ohne die Durchflußmenge

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, gekemraeich- des Wärmeträgers zu verringern oder diesen umzuleinet durch ein zweites, den Durchflußquerschnht des ten. Die Erfindung hat den weiteren Vorteil, daß der zweiten Wärmeträgers veränderndes Regelorgan. Wärmetauscher zumindest von einem Wärmeträger

3. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, da- 20 durchströmt wird und damit immer eine Restkühlung durch gekennzeichnet, daß das Regelorgan eine vorhanden ist, so daß der Wärmetauscher aus verhält-Drosselklappe (10) ist nismäßig wenig warmfestem und damit billigem Materi-

4. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche: 1 bis al hergestellt werden kann.

3, dadurch gekennzeichnet, daß an der dem Regelor- Mit Hilfe der im Anspruch 2 angegebenen Merkmale gan (Drosselklappe 10) zugewandten Seite der War- 25 kann die Wärmeübergangszahl und damit die übertrameaustauschwand (3) unmittelbar stromab des Re- gene Wärmemenge in noch weiteren Grenzen verängelorgans (Drosselklappe 10) Rippen (11) angeord- dert werden.

net sind. Die im Anspruch 3 angegebenen Merkmale stellen

5. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis eine besonders einfache und wirkungsvolle Ausbildung

4, dadurch gekennzeichnet daß an der dem Regelor- 30 des Regelorgans dar.

gan (Drosselklappe 10) abgewandten Seite der War- Die Merkmale des Anspruchs 4 vergrößern weiter die

meaustauschwand (3) Rippen (8) angeordnet sind. Wärmeübergangszahl, da die Rippen im Bereich der bei

6. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis kleinem Durchflußquerschnitt erzeugten Wirbel hinter

5, dadurch gekennzeichnet, daß der die Wärmeaus- dem Regelorgan liegen.

tauschwand (3) durchfließende Wärmeträger das 35 Mit den im Anspruch 5 angegebenen Maßnahmen Abgas und der die Wärmeaustauschwand (3) umflie- wird die mögliche Wärmeübergangsmenge weiter erßende Wärmeträger das Kühlwasser einer Brenn- höht

kraftmaschine sind und daß der Durchflußquer- Die Ausbildung gemäß dem Anspruch 6 stellt eine

schnitt des Abgases in Abhängigkeit von dessen besonders günstige Anwendungsform des Wärmetau-Menge und/oder der Temperatur des .Kühlwassers 40 schers dar. Bei niedriger Temperatur des Kühlwassers durch Verändern der Stellung des Regelorgans und bei hohem Wärmebedarf aus diesem beispielsweise (Drosselklappe 10) regelbar ist. für die Fahrzeugheizung ist oft wegen geringer Last der

Brennkraftmaschine die Abgasmenge gering. Mit dem

erfindungsgemäßen Wärmetauscher kann durch weit-

45 gehendes Schließen der Drosselklappe auch aus einer solchen geringen Abgasmenge eine hohe Wärmemenge

Die Erfindung bezieht sich auf einen Wärmetauscher auf das Kühlwasser übertragen werden, so daß sich diegemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. ses schnell erwärmt und ihm eine hohe Wärmemenge

Ein derartiger Wärmetauscher ist aus der DE-OS entnommen werden kann. Zusätzlich ergibt sich der 43 617 bekannt Bei diesem Wärmetauscher wird 50 Vorteil, daß der durch die Drosselklappe auf die Abgase durch ein in seinem Gehäuse angeordnetes Regelorgan erzeugte Widerstand eine Belastung der Brennkraftmader Durchflußquerschnitt für einen Wärmeträger bis in schine darstellt, die zu deren schnellen Erwärmung beieine Schließstellung verändert Falls ein Umlauf des trägt. Bei voll geöffneter Drosselklappe werden nur ge-Wärmeträgers weiterhin notwendig oder erwünscht ist, ringe Wärmemengen von den Abgasen auf das Kühlmuß für den Wärmeträger ein Bypass zum Wärmetau- 55 wasser übertragen. Auch große Abgasmengen können scher vorgesehen werden, was mit hohen Kosten ver- den Wärmetauscher mit nur geringem Widerstand bunden ist. Eine Veränderung des Wärmeübergangs in- durchströmen, so daß ein besonderer den Wärmetaunerhalb des Wärmetauschers erfolgt, abgesehen von der scher umgehender Bypass für die Abgase nicht erfor-Durchflußmenge und damit der Strömungsgeschwin- derlichist

digkeit des Wärmeträgers, durch das Regelorgan nicht. 60 Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Der Erfindung liegt die Aufssbe zugrunde, einen Zeichnung* dargestellten AuEiühriüvsbeis'Msis nähsr ^pr-Wärmetauscher zu schaffen, der bei Aufnahme der ge- läutert. Dabei zeigt

samten anfallenden Wärmeträgermenge unterschiedli- F i g. 1 einen Wärmetauscher zwischen den Abgasen

ehe Wärmeübergänge und damit auch unterschiedliche und dem Kühlwasser einer Brennkraftmaschine mit voll Wärmemengenübergänge auf den anderen Wärmeträ- 65 geöffnetem Regelorgan und ger ermöglicht. F i g. 2 den Gegenstand der F i g. 1 mit dem Regelor-

Die erfindungsgemäße Aufgabe ist durch die im gan in seiner Endstellung in Schließrichtung. Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale Durch eine rohrförmige Abgasleitung 1 strömen in