DE3818689A1 - Waermetauscher fuer fluide - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Wärmetauscher für Fluide unterschiedlicher Temperaturen mit mindestens zwei getrennten Kreisläufen für die Fluide, wobei dem einen Kreislauf das Gehäuse des Wärmetauschers und dem anderen Kreislauf eine Rohrschlange im Inneren des Gehäuses zugeordnet ist.

Wärmetauscher, auch Wärmeaustauscher genannt, werden in der Technik bei vielfältigen Anwendungen eingesetzt. Die Wärmetauscher werden von zwei oder mehr gasförmigen, dampfförmigen oder flüssigen Medien unterschiedlicher Temperaturen durchströmt, wobei das wärmere Medium Wärme an das kältere abgibt (Wärmetausch).

So werden Wärmetauscher z.B. in dieselgetriebenen Kraftfahrzeugen zur Aufwärmung des Dieselkraftstoffs eingesetzt, weil dieser Kraftstoff in der kalten Jahreszeit aufgrund der Bildung von Paraffinkernen durch Verstopfung des Kraftstoffilters zu erheblichen Betriebsstörungen des Motors derartiger Fahrzeuge bei tiefen Temperaturen führt.

Es sind elektrische Durchflußheizer bekannt, die den Bordakku aber stark belasten, weil zu ihrem Betrieb elektrische Leistung von 150-600 W gebraucht wird.

Aus der DE-OS 35 18 312 ist eine Vorrichtung zur Erwärmung des Kraftstoffs bei einem Dieselmotor bekannt, bei der in einem Gehäuse eine Rohrschlange für den Durchfluß des Dieselkraftstoffs vorgesehen ist, die von warmem bzw. heißem Kühlwasser des Fahrzeugmotors umströmt wird das durch das Gehäuse strömt. Der Einbau der Rohrschlange in das Gehäuse ist bei der bekannten Vorrichtung schwierig, weil die Rohrschlange an sich größer ist, als der lichte Innenraum des Gehäuses, in der die Rohrschlange Platz finden soll.

Ferner ist ein Wärmetauscher bekannt, der der Aufwärmung des Waschwassers der Scheibenwaschanlage dient. Bei diesem bekannten Gerät ist auf der Außenfläche des Gehäusemantels eines Gehäuses für den Durchfluß des Waschwassers eine Rohrschlange aufgewickelt, durch die das heiße Kühlwasser des Verbrennungsmotors des Fahrzeugs hindurchströmt. Die Anbringung der Rohrschlange auf dem Gehäuse dieses bekannten Wärmetauschers ist zwar einfach, der Wirkungsgrad dieses Wärmetauschers ist aber wegen der geringen, für den Wärmetauschers zu Verfügung stehenden Fläche schlecht.

Ausgehend von dem bekannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Wärmetauscher zu schaffen der sich leichter montieren läßt, keine elektrische Leistung benötigt und dessen Wirkungsgrad gegenüber bekannten Geräten verbessert wird.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 aufgeführten Merkmale gelöst.

Die Erfindung weist gegenüber dem Bekannten die Vorteile auf, daß der erfindungsgemäße Wärmetauscher keine elektrische Energie zum Betrieb braucht, einen großen Wirkungsgrad aufweist, und seine Herstellung rationeller und dadurch kostengünstiger erfolgen kann, als bei bekannten Geräten. Gegenüber den oben erwähnten Gerät mit außenliegender Rohrschlange kann bei der Erfindung teueres Kupfer eingespart werden, weil die innenliegende Rohrschlange aufgrund ihres geringen Aufwands einen geringeren Materialaufwand bedingt. Durch baukastenartige Kombination mehrerer Wärmetauscher ist mit nur einem einzigen Grundgerät der Aufbau eines jeden beliebig großen Aggregats möglich. Der erfindungsgemäße Wärmetauscher kann entweder als OEM-Gerät Verwendung finden, wie auch durch Fachkräfte oder Laien nachträglich eingebaut werden.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung hervor.

Die Erfindung wird an Ausführungsbeispielen anhand von Zeichnungen erläutert. Es zeigen

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Wärmetauschers mit beiden seitlichen Anschlüssen der Rohrschlange auf verschiedenen Seiten des Gehäusemantels,

Fig. 2 einen Querschnitt durch den Wärmetauscher gemäß Fig. 1 entlang einer Linie II-II in Fig. 1,

Fig. 3 einen Längsschnitt durch ein anderes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Wärmetauschers mit beiden seitlichen Anschlüssen der Rohrschlange auf einer Seite des Gehäusemantels,

Fig. 4 einen Querschnitt durch den Wärmetauscher gemäß Fig. 3 entlang einer Linie IV-IV in Fig. 3,

Fig. 5 schematisch ein anderes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers.

Bei einem ersten Ausführungsbeispiel eines Wärmetauschers in vorzugsweise zylindrischer Gestalt sind ein Gehäuse 1 (Fig. 1, 2) und eine Rohrschlange 31 im Inneren des Gehäuses 1 vorgesehen. Endseitig ist das Gehäuse 1 mit jeweils einem Flansch 10, 11 abgeschlossen. Der eine Flansch 10 ist mit einem Stutzen 14 versehen, der andere Flansch 11 mit einem Stutzen 15. Die Flansche 10, 11 sind mittels Gewinden, jeweils unter Zwischenlegung eines das Gehäuse an dieser Stelle abdichtenden O-Rings 41 auf das Gehäuse 1 aufgeschraubt. Die Anschlüsse 27, 28 der zum Zweck guter Wärmeleitung aus Kupfer hergestellten Rohrschlange 31 ragen aus dem Gehäuse 1 heraus. Die Rohrschlange 31 ist mit Hilfe an sich bekannter Mittel im Bereich ihrer Anschlüsse am Mantel des Gehäuses 1 fixiert und gegen das Gehäuse abgedichtet.

Das Gehäuse 1 besteht aus zwei Gehäusehälften 4, 5, die unter Zwischenlegung von länglichen Dichtungen 18, 19 (Fig. 2) zu einem dichten Gehäusemantel aufeinandergepreßt sind. Zur Montage werden die beiden Gehäusehälften 4, 5 gegeneinandergedrückt, und danach werden die Flansche 10, 11 aufgeschraubt.

Die länglichen Dichtungen 18, 19 sind in Fig. 1 der Zeichnungen nicht dargestellt.

Die Gewinde der Flansche 10, 11 einerseits sowie an den Gehäusehälften 4, 5 andererseits sind in an sich bekannter Weise so gestaltet, daß sich die Flansche 10, 11 nur ein einziges Mal auf den Mantel des Gehäuses 1 aufschrauben lassen. Werden die Flansche 10, 11 hingegen einmal von dem Mantel des Gehäuses 1 abgeschraubt, sind die Gewinde so weit beschädigt, daß sich ein erneutes Aufschrauben der Flansche 10, 11 auf den Mantel des Gehäuses 1 nicht wieder erreichen läßt. Hierdurch erreicht der Hersteller, daß er im Garantiefall zuverlässig nachprüfen kann ob der Wärmetauscher geöffnet wurde.

Ein oder zwei Farbringe 23, 24 sind zwischen den jeweiligen Flansch 10 bzw. 11 und einen O-Ring 42 bzw. 43 gelegt. Die Farbringe 23, 24 dienen der Kennzeichnung des jeweiligen Wärmetauschers. Die O-Ringe dienen lediglich dem Festhalten der Farbringe 23, 24, die sich jeweils einerseits an den O-Ringen 42 bzw. 43 und andererseits an dem betreffenden Flansch 10 bzw. 11 abstützen.

Die beiden seitlich aus dem Mantel des Gehäuses herausragenden Anschlüsse 27, 28 der Rohrschlange 31 sind auf verschiedenen Seiten des Mantels des Gehäuses 1 angeordnet (Fig. 1, 2).

Ein anderes Ausführungsbeispiel eines Wärmetauschers, ebenfalls in vorzugsweise zylindrischer Gestalt, umfaßt ein Gehäuse 2 (Fig. 3, 4) mit einer Rohrschlange 32 im Inneren des Gehäuses 2. Endseitig ist das Gehäuse 2 mit jeweils einem Flansch 12, 13 abgeschlossen. Der eine Flansch 12 ist mit einem Stutzen 16 versehen, der andere Flansch 13 mit einem Stutzen 17. Die Flansche 12, 13 sind auf das Gehäuse 2 aufgeklebt. Hierdurch kann auf O-Ringe zur Abdichtung zwischen den Flanschen 12, 13 und dem Mantel des Gehäuses 2 verzichtet werden. Die Anschlüsse 29, 30 der zum Zweck guter Wärmeleitung aus Kupfer hergestellten Rohrschlange 32 ragen aus dem Gehäuse 2 heraus. Die Rohrschlange 32 ist mit Hilfe an sich bekannter Mittel im Bereich ihrer Anschlüsse am Mantel des Gehäuses 2 fixiert und gegen das Gehäuse abgedichtet.

Ein oder zwei Farbringe 25, 26 sind zwischen den jeweiligen Flansch 12 bzw. 13 und den Mantel des Gehäuses 2 gelegt. Sind die Farbringe 25, 26 aus weichem Kunststoffmaterial hergestellt, können sie beim Aufkleben der Flansche 12, 13 zwischen den betreffenden Flansch 12, 13 und den Mantel des Gehäuses 2 geklemmt werden und sind an dieser Stelle von dem Mantel des Gehäuses einerseits und dem betreffenden Flansch 12 bzw. 13 andererseits gehalten. Die Farbringe 25, 26 dienen der Kennzeichnung des jeweiligen Wärmetauschers.

Auch das Gehäuse 2 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel besteht aus zwei Gehäusehälften 6, 7, die unter Zwischenlegung von länglichen Dichtungen 20, 21 (Fig. 4) zu einem dichten Gehäusemantel des Gehäuses 2 aufeinandergepreßt sind. Zur Montage werden die beiden Gehäusehälften 6, 7 gegeneinandergedrückt, und danach werden die Flansche 12, 13 auf den Mantel des Gehäuses 2 aufgeschoben und mit dem Mantel des Gehäuses 2 verklebt.

Die länglichen Dichtungen 20, 21 sind in Fig. 4 der Zeichnungen nicht dargestellt.

Die beiden seitlich aus dem Mantel des Gehäuses 2 herausragenden Anschlüsse 29, 30 der Rohrschlange 32 sind auf der selben Seite des Mantels des Gehäuses 2 angeordnet (Fig. 3, 4).

Ein weiteres Ausführungsbeispiel (Fig. 5) der Erfindung ist etwas anders aufgebaut, als die beiden vorangehenden Ausführungsbeispiele. Ein Gehäuse 3 beliebiger Länge ist mit zwei auf Abstand gehaltenen Wandungen 35, 36 aufgebaut, die Gehäusehälften 8, 9 bilden und unter Zwischenlegung von länglichen Dichtungen 22 den Gehäusemantel bilden. An diesem Gehäusemantel sind endseitig Stutzen 39, 40 angebracht. Die Stutzen 39, 40 halten die Wandungen 35, 36 auf Abstand. Zusätzlich können zwischen den Wandungen (in den Zeichnungen nicht dargestellte) Stützen vorgesehen sein, um die Wandungen auf Abstand zu halten und weiter zu versteifen.

Zwischen den Wandungen 35, 36 ist eine Kammer 34 gebildet. An die Kammer 34 ist eine Rohrschlange 33 mit ihrem einen Ende angeschlossen. Ihr anderes Ende, nämlich ihr Anschluß 38, ragt aus dem Gehäuse 3 heraus. Die Kammer 34 ist mit einem Anschluß 37 versehen.

Bei allen Ausführungsbeispielen (Fig. 1, 2, 3, 4, 5) wird das eine Fluid, also z.B. warmes oder heißes Kühlwasser eines Verbrennungsmotors, über die Stutzen 14, 15 bzw. 16, 17 bzw. 39, 40 durch das Gehäuse 1 bzw. 2 bzw. 3 hindurchgeleitet. Das andere Fluid, also z.B. kalter Dieselkraftstoff, wird durch die Rohrschlange 31 bzw. 32 bzw. 33 hindurchgeleitet und erwärmt sich hierbei. Bei dem anhand der Fig. 5 beschriebenen Ausführungsbeispiel nimmt auch die Kammer 34 an dem Wärmetausch teil, wobei es möglich ist, das andere Fluid über den Anschluß 37 zuzuleiten und über den Anschluß 38 abzuleiten, oder umgekehrt über den Anschluß 38 zuzuleiten und über den Anschluß 37 abzuführen. Durch den Einsatz auch der Kammer 34 wird die für den Wärme­ austausch zur Verfügung stehende Oberfläche größer, als wenn nur die Rohrschlange 33 verwendet würde.

Die Stutzen 14, 15 bzw. 16, 17 bzw. 39, 40 (Fig. 1, 3, 5) können in an sich bekannter Weise als Schlauch-Schnell­ kupplungen ausgebildet sein. Eine derartige Steckverbindung ist beispielsweise aus der DE-OS 37 29 570 bekannt.

Die Rohrschlangen 31, 32, 33 (Fig. 1, 2, 3, 4, 5) haben schraubenförmige Gestalt. Ihr Querschnitt kann rund, oval, quadratisch oder rechteckig sein. Sie können aber auch plattenförmig ausgebildet sein.

Der Innenraum des Gehäuses 1 bzw. 2 bzw. 3 kann mit einem wärmespeichernden Medium angefüllt sein, das aber das Hindurchströmen des betreffenden Fluids noch gestattet. Für das wärmespeichernde Medium kommt z.B. aus Steinen hergestellter feiner Kies oder Splitt in Frage, der Wärme gut speichert.

Der Vorteil des Wärmetauschers nach 14 liegt in der Ent­ lastung der Batterie, kostensparender Montage, Reduzierung des Kraftstoffverbrauches, sowie einer Begrenzung der Schadstoffemmissionen. Die Kupferspirale kann sich auch noch in weitere Kammern wie 2, 3 erstrecken, so daß der Innenraum ausschließlich von der Spirale, aber nicht von anderen wärmespeichernden Medien besetzt ist.

Die Außenkammern können mit wärmeträgernden, wärmespeichernden, Medien aufgefüllt sein, so daß die Wärme an die Spirale abgegeben wird. Die Kammern sind isoliert, z.B. mit dem Werkstoff WDS der Firma Wacker Chemie. Die flüssigen Wärmespeicher und oder Wärme­ träger können in Vorratsbehälter gepumpt werden, die sich bei Bedarf entfernen lassen. Die Kammern können auch durch unter­ schiedliche Wärmespeicher und oder Wärmeträger gespeist werden.

Der Wärmetauscher kann auch aus zwei oder mehr Gehäusen 1, 2, 3 bestehen, die mit ihren Stutzen 14, 15 bzw. 16, 17 bzw. 39, 40 hintereinandergeschaltet sind.

Anstatt zur Aufheizung von Dieselkraftstoff in einem Kraftfahrzeug oder bei einem stationären Motor sind viele andere Anwendungen denkbar. Beispielsweise kann mit Hilfe des warmen oder heißen Kühlwassers Wasser für ein Wohnmobil mittels des Wärmetauschers aufgeheizt werden. In heißen Gegenden kann auch Kühlwasser dazu verwendet werden, mit Hilfe des Wärmetauschers Kraftstoff zu kühlen.

Das Gehäuse 1 bzw. 2 bzw. 3 des Wärmetauschers kann aus Metall, z.B. Aluminium bestehen. Es kann aber ebensogut aus einem wärmebeständigen und wärmespeichernden Kunststoff hergestellt sein, was kostengünstiger ist.

An einem der Anschlüsse 27, 28, 29, 30, 37, 38 der betreffenden Rohrschlange 31, 32, 33 kann ein Thermofühler 44 bzw. 45 bzw. 46 wärmeleitend angebracht sein, der Steuerungsaufgaben dient.

Claims (22)

1. Wärmetauscher für Fluide unterschiedlicher Temperaturen, mit mindestens zwei getrennten Kreisläufen für die Fluide, wobei dem einen Kreislauf das Gehäuse des Wärmetauschers und dem anderen Kreislauf eine Rohrschlange im Inneren des Gehäuses zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1; 2; 3) aus zwei Gehäusehälften (4, 5; 6, 7; 8, 9) gebildet ist.

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Gehäusehälften (4, 5; 6, 7; 8, 9) mittels Flanschen (10, 11; 12, 13) zusammengehalten sind.

3. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Flansche (10, 11; 12, 13) Stutzen (14, 15; 16, 17) zum Anschluß von Schlauchenden aufweisen.

4. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Gehäusehälften (4, 5; 6, 7; 8, 9) jeweils unter Zwischenlegung von Dichtungen (18, 19; 20, 21; 22) den Gehäusemantel bilden.

5. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß am Gehäuse (1; 2) mindestens ein Farbring (23, 24; 25, 26) zur Kennzeichnung des jeweiligen Wärmetauschers vorgesehen ist.

6. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß beide seitlichen Anschlüsse (27, 28) der Rohrschlange (31) auf verschiedenen Seiten des Mantels des Gehäuses (1) angeordnet sind (Fig. 1, 2).

7. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß beide seitlichen Anschlüsse (29, 30) der Rohrschlange (32) auf der selben Seite des Mantels des Gehäuses (2) angeordnet sind (Fig. 3, 4).

8. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Ende der Rohrschlange (33) an einer Kammer (34) angeschlossen ist, die von zwei auf Abstand gehaltenen Wandungen (35, 36) des Gehäuses (3) gebildet ist (Fig. 5).

9. Wärmetauscher nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (34) den einen Anschluß (37) und die Rohrschlange (33) den anderen Anschluß (38) für einen der Kreisläufe für ein Fluid aufweist (Fig. 5).

10. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrschlange plattenförmig gestaltet ist.

11. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Stutzen (14, 15; 16, 17; 39, 40) des Gehäuses (1; 2; 3) jeweils als an sich bekannte Schlauch-Schnellkupplungen ausgebildet sind.

12. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß er aus zwei oder mehr Gehäusen (1 bzw. 2 bzw. 3) besteht, die mit ihren Stutzen (14, 15 bzw. 16, 17 bzw. 39, 40) hintereinandergeschaltet sind.

13. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenraum des Gehäuses (1; 2; 3) wärmespeichernde bzw. kältespeichernde Mittel enthält.

14. Wärmetauscher nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß ein temperaturspeicherndes Medium wie z.B. Paraffin, Kohlenstoff, Kieselgel, Glaubersalz LiF₁, CaF₂, S+F₂, NaCI, Na₂ B₄ O₇ · 10 H₂O verwendet wird.

15. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 14, da­ durch gekennzeichnet, daß an einem der Anschlüsse (27, 28; 29, 30; 37, 38) der Rohrschlange (31; 32; 33) ein Thermofüh­ ler (44; 45; 46) angebracht ist.

16. Abnehmbarer Temperaturspeicher aus Kammern und oder Plattenspeichern.

17. Zuschaltbarer Temperaturspeicher aus Kammern und Plat­ tenspeichern.

18. Erzeugung von Zusatzenergie für den Wärmetauscher durch die Batterie.

19. Wärmetauscher, wo ein temperaturspeichender Kunststoff verwendet wird.

20. Wärmetauscher wird für Wärmespeicher beiderseitig mit wasserdampfundurchlässigen und korrisionsgeschützten Kombi­ nationsfolien versehen z.B. aus dünnen schichten Aluminium und Polyätylenschichten.

21. Isolierschicht mit feinkörniger und feinfasiger Masse.

22. Be- und Entladen eines Wärmeträgermediums wie z.B. Fluorkohlenwasserstoffe.