DE8134278U1

DE8134278U1 - Waermeaustauscher

Info

Publication number: DE8134278U1
Application number: DE19818134278
Authority: DE
Original assignee: Kuhlerfabrik Langerer and Reich GmbH and Co KG
Current assignee: Kuhlerfabrik Langerer and Reich GmbH and Co KG
Priority date: 1981-11-25
Filing date: 1981-11-25
Publication date: 1982-04-15

Description

KÜHLERFABRIK LÄNGERER & REICH 19.11.1981 GMBH & CO. KG - R 66 -

Echterdinger Str. 57
7024 Filderstadt 1

WÄRMEAUSTAUSCHER

Die Neuerung bezieht sich auf einen Wärmeaustauscher von der im Gattungsbegriff des Anspruchs 1 umschriebenen Art.

Bei einem bekannten Wärmeaustauscher ist in einem zylindrischen Gehäuse eine schraubenlinienförmig gewickelte Rippenrohrschlange angeordnet, deren beide Rohrenden in der Bodenplatte des Gehäuses eingelötet sind. Die Rohrschlange weist einen geraden Rohrabschnitt auf, um den die Windungen des anderen Teils der Rohrschlange gelegt sind. Der gerade, ebenfalls berippte Rohrabschnitt füllt den freien Innenquerschnitt der Rohrwicklung aus und wirkt somit als Verdrängerrohr. Nachteilig ist bei diesem bekannten Wärmeaustauscher, daß zwischen dem geraden Rohrabschnitt und dem die Rohrwicklung außen beaufschlagenden Gas ein Wärmeaustausch stattfindet. Dies hat zur Folge, daß je nach Wahl des Zulaufs für die Rohrschlange entweder die bei Gegenstrom größere Kühlleistung nicht voll ausgenutzt werden kann oder daß der gerade Rohrabschnitt das gekühlte Gas wieder etwas erwärmt. Diese Erwärmung wird durch die berippte Ausführung des gpraden, inneren Rohrabschnitts noch verstärkt CDE-Gm 80 26 871).

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Der Neuerung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einem relativ geringen baulichen Aufwand einen Wärmeaustauscher von der Gattung des Anspruchs 1 dahingehend zu verbessern, daß bei gegebenen Abmessungen eine größtmögliche Kühlleistung erzielt wird.

Diese Aufgabe wird mit den Kennzeichnungsmerkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Der neuerungsgemäße Wärmeaustauscher zeichnet sich

bei kompakter Bauweise durch eine höchstmögliche Kühlleistung aus, da eine Erwärmung des die Rohrwicklung außen beaufschlagenden bereits gekühlten Wärmej austauschmediums, z.B. öl, durch das im Rohrstück

) zurückfließende aufgewärmte Wärmeaustauschmedium,

beispielsweise Wasser, vermieden wird. Die Temperatur-IS differenz zwischen dem Kühlwasser in der Rohrwicklung und dem öl an der Außenseite derselben wird durch das zurückströmende Kühlwasser nicht vermindert, so daß im Bereich der Rohrwicklung die maximal mögliche Wärmeübertragung zwischen beiden Wärmeaustauschmedien erreicht wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Neuerung ist in der nachfolgenden Beschreibung erläutert und in der Zeichnung im Längsschnitt dargestellt.

In der Zeichnung bedeutet 1 das Gehäuse eines Wärme-25 austauschers, der beispielsweise als Ölkühler zum

Einsatz kommt. Das Gehäuse 1 weist einen zylindrischen Mantel 2 auf, der mittels zweier Deckel 3 und 4 verschlossen ist. Der Deckel 3 ist mit dem Mantel 2 fest,

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beispielsweise durch Lötung oder Schweißung verbunden* Der Deckel 4 ist mit Schrauben 5, die in der Zeichnung der Einfachheit halber durch strichpunktierte Linien angedeutet sind, an dem Mantel 2 lösbar befestigt. Mit 6 ist eine Dichtung bezeichnet. Der Mantel 2 ist mit Stutzen 7 und 8 versehen, welche der Zu- bzw. Ableitung eines ersten Wärmeaustauschmediums dienen. Dies ist im vorliegenden Fall öl, das gekühlt werden soll.

In dem Gehäuse 1 ist eine Rohrschlange 9 angeordnet, in v/elcher ein zweites Wärmeaustauschmedium, beispielsweise Kühlwasser fließt, mittels dessen das dem Gehäuse 1 zugeführte erwärmte öl gekühlt wird. Die Rohrschlange 9 weist einen schraubenförmig gewickelten Teil 10 auf, welcher mit Wärmeaustauschrippen 11 versehen ist. Gemäß der Neuerung ist die Rohrwicklung 10 an ihrem dem Dekkel 4 abgewandten Ende mit einem unberippten Rohrstück 12 verbunden, welches innerhalb der Rohrwicklung 10 zu dem Deckel 4 zurückgeführt ist. Das glattwandige Rohrstück 12 und die berippte Rohrwicklung 10 können aus einem Stück gefertigt sein. Das Ende 13 des Rohrstücks 12 und das Fnde 14 der Wicklung 10 münden in je eine Anschlußbohrung 15 bzw. 16 des Deckels 4 für die Ab- bzw. Zuleitung des Kühlwassers. Dadurch kann in einfacher Weise bei Bedarf die Rohrschlange 9 nach Lösen 5 der Schrauben 5 aus dem Gehäuse 1 genommen werden.

Ferner sind gemäß der Neuerung bei dem Ölkühler Vorkehrungen getroffen, um einen Wärmefluß zwischen dem im Rohrstück fließenden Kühlwasser und dem die Rohrwicklung 10 beaufschlagenden öl möglichst vollständig

zu verhindern. Dadurch wird erreicht, daß das bereits gekühlte öl vor dem Verlassen des Austrittsstutzens 8 durch das im Rohrstück 12 zurückfließende Kühlwasser nicht wieder aufgewärmt wird. Darüberhinaus wird die Temperaturdifferenz zwischen den beiden die Rohrwicklung 10 innen bzw. außen beaufschlagenden Wärmeaustauschmedien durch das im Rohrstück 12 abströmende erwärmte Kühlwasser nicht verringert, wodurch die bei gegenläufiger Strömung bessere Kühlwirkung voll ausgenutzt wird.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird der vorgenannte Effekt in einfacher Weise mittels eines rohrförmigen Körpers 17 ex-reicht, welcher innerhalb der Rohrwicklung 10 angeordnet ist. Innerhalb dieses Körpers 17 verläuft das Rohrstück 12. Der Körper 17 wirkt als Verdränger, d.h. er sorgt dafür, daß möglichst alles öl mit der Rohrwicklung 10 in Berührung kommt. Hierfür ist der Verdrängerkörper 17 an seinem Umfang so bemessen, daß er die Rippen 11 zumindest nahezu berührt. Die Verdrängerwirkung wird durch die glattwandige Ausbildung der Außenwand des Körpers 17 noch verstärkt. Der Verdrängerkörper 17 hat außerdem die Aufgabe, innerhalb des von ihm umschlossenen Raumes eine Strömung des Öls zu verhindern. Dies wird durch eine an einem Ende in den Verdrängerkörper 17 eingesetzte Scheibe 18 erreicht, welche mit der Innenwandung desselben dicht verbunden und von dem Rohrstück 12 durchsetzt ist. Die Durchdringungsstelle des Rohrstücks 12 in der Scheibe 18 ist als Ringspalt ausgebildet. Dadurch ist bei der Montage ein gewisses Spiel gegeben. Der Ringspalt ist so bemessen, daß sich einerseits ein

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Druckunterschied ausgleichen, andererseits infolge der Drosselwirkung keine Strömung innerhalb des Verdrängerkörpers entstehen kann. Im Bedarfsfalle kann die Durchdringungsstelle beispielsweise durch Lötung vollständig abgedichtet werden. Außerdem kann das andere Ende des Verdrängerkörpers ebenfalls mit einer Scheibe verschlossen sein. Da innerhalb des Verdrängerkörpers 17 keine Strömung herrscht, wird auch zwischen dem Rohrstück 12 und dem von der Rohrwicklung 10 gekühlten öl praktisch keine Wärme ausgetauscht. Der gleiche Effekt wird erreicht, wenn der Verdrängerkörper 17 mit einer dem Abstand zwischen den beiden Deckeln 3 und 4 entsprechenden Länge ausgeführt ist.

Bei manchen Einsatzfällen des vorbeschriebenen Wärmeaustauschers ist das öl in der Anfangsphase des Umlaufes noch relativ kalt und zäh, so dais entsprechend hohe Druckspitzen im ölkreislauf und somit auch im ölkühler auftreten können. Diese Druckspitzen lassen sich in einfacher Weise mittels eines nichtdargestellten druck- oder gegebenenfalls auch temperaturabhängig gesteuerten Ventils abbauen, welches am Verdrängerkörper 17 so angebracht ist, daß es bei einem bestimmten Druck- bzw. Temperaturwert des ö]s einen Durchgang in das Innere des Verdrängerkörpers freigibt und somit zeitweilig einen Byp-ss für das öl bildet. Das vorerwähnte Ventil kann an der Scheibe 18 befestigt sein.

Bei einer anderen, nicht dargestellten Ausführungsform der Neuerung wird das Rohrstück 12 durch den Verdrängerkörper 17 gebildet. Dieser ist dann gegenüber dem öl allseitig

abgedichtet und einerseits mit der Rohrwicklung 10, andererseits mit der Abflußbohrung 15 verbunden. Außerdem ist in diesem Fall der Verdrängerkörper aus einem die Wärme schlecht leitenden Werkstoff gefertigt cder seine flüssigkeitsbeaufschlagten Flächen sind mit einer Wärmeisolierschicht versehen.

Der Strömungsverlauf der beiden Wärmeaustauschmedien ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel durch Pfeile angedeutet. Die Verbesserung der Kühlleistung infolge der Verhinderung des Wärmeflusses zwischen dem Rohrstück 12 und dem die Rohrwicklung 10 beaufschlagenden öl wurde durch Messungen an einem entsprechend der Darstellung ausgebildeten Ölkühler bestätigt. Dem Kühler wurde durch die Zulaufbohrung 16 Kühlwasser mit einer Temperatur von 20 ⁰C zugeführt, während das öl mit einer Temperatur von 49 ⁰C durch den Stutzen 7 eintrat. Hinter der letzten Windung wurde eine Kühlwassertemperatur von 46 ⁰C gemessen, und infolge der Wärmedämmung war diese Temperatur auch an der Abflußbohrung 15 vorhanden. Das öl hatte am Austrittsstutzen 8 eine Temperatur von 44 ⁰C erreicht.

Diese Werte zeigen, daß mit einem gemäß der vorstehenden Neuerung ausgebildeten, im Gegenstrom betriebenen Wärmeaustauscher eine hohe Kühlleistung mit Temperaturüberschneidung am Medienaustritt 8 bzw. 15 erreicht wird.

KOHLERFABRIK LÄNGERER & REICH 19.11.1981 GMBH & CQ. KG - R 66 -

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ZUSAMMENFASSUNG

In einem zylindrischen Wärmeaustauschergehäuse (1) ist eine Rohrschlange (9) angeordnet, die einen schraubenförmig gewickelten Teil (10) und ein innerhalb dieser Wicklung verlaufendes Rohrstück (12} aufweist. Die Wicklung (10) wird von zwei Wärmeaustauschinedien im Gegenstrom beaufschlagt, von denen das erste das Gehäuse (1) durchströmt, während aas zweite Wärmeaustauschmedium innerhalb der Rohrwicklung fließt und durch das Rohrstück (1?) abgeleitet wird. Dem Rohrstück sind Mittel zugeordnet, welche einen Wärmefluß zwischen ihm und dem die Rohrwicklung (10) außen beaufschlagenden Medium verhindern. Dadurch wird die im Gegenstrom größere Kühlleistung voll ausgenutzt.

Claims

■ I I I ι I : KOI-ILERFABRIX LÄNGERER & REICH 19.11.1981 GMBH & CO. KG - R 66 - Echterdinger Str. 57 Filderstadt 1 ! SCHUTZANCPRUCHE

1) Wärmeaustauscher, insbesondere Ölkühler, mit einem zylindrischen, an beiden Enden mit je einem Deckel verschlossenen und mit Anschlüssen für die Zu- und Ableitung eines ersten Wärmeaustauschmediums versehenen Gehäuse, in welchem mindestens eine schraubenförmig gewickelte Rohrschlange für die Führung eines zweiten Wärmeaustauschmediums angeordnet ist, deren Wicklung im Gegenstrom beaufschlagt ist und deren beide Enden mit an einem Deckel vorgesehenen Anschlüssen für das zweite Wärmeaustauschmedium verbunden sind, ferner mit einem innerhalb der Windungen der Rohrschlange angeordneten rohrförmigen Verdrängerkörper, dadurch gekennzeichnet, daß das dem mit den Anschlüssen (15 und 16) versehenen Deckel (4) abgewandte Ende der Rohrwicklung (10) mit einem innerhalb derselben angeordneten Rohrstück (12) für die Weiterleitung des zweiten Wärmeaustauschmediums zu dem entsprechenden Anschluß (15) an dem Deckel (4) verbunden ist, welchem Rohrstück (12) Mittel zur Dämmung eines Wärmeflusses zwischen dem in ihm fließenden zweiten Wärmeaustauschmedium und dem die Rohrwicklung (10) außen beaufschlagenden ersten Wärmeaustauschmedium zugeordnet sind.

2) Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohrstück (12) innerhalb des Verdrängerkörpers (17) verläuft, und daß dem Verdrängerkörper (17) Mittel zugeordnet sind, welche eine Strömung des ersten Wärmeaustauschmediums innerhalb desselben zumindest zeitweise nahezu oder vollständig verhindern.

3) Wärmeaustauscher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdrängerkörper (17) mit mindestens einer quer zu dessen Längsachse angeordneten Scheibe (18) versehen ist, die von dem Rohrstück (12) durchsetzt ist.

4) Wärmeaustauscher n^ch Anspruch 2 und/oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdrängerkörper

(17) mit einem druck- oder temperaturabhängig gesteuerten Ventil versehen ist, welches bei einem bestimmten Temperatur- oder Druckwert eine ßypaß-Strömung in dem Verdrängerkörper zuläßt.

5) Wärmeaustauscher nach Anspruch 3 und/oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (18) an einem Ende des Verdrängerkörpers (17) dicht mit diesem verbunden und die Durchdringungsstelle des Rohrstücks (12) in dieser Scheibe ebenfalls dicht ausgeführt ist, ferner daß das Ventil an der Scheibe angeordnet ist.

6) Wärmeaustauscher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchgang des Rohrstücks (12)

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durch die Scheibe (18) als Ringspalt mit Drosselwirkung ausgebildet ist.

7) Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohrstück (12) durch den Verdrängerkörper (17) gebildet ist, welcher allseits gegen das erste Wärmeaustauschmedium abgedichtet ist und sowohl mit der Rohrwicklung (10) als auch mit dem Ableitungsanschluß (15) verbunden ist.

8) Wärmeaustauscher nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdrängerkörper (17) an seiner der Rohrwicklung (10) zugewandten Oberfläche glattvrandig ausgefühlt ist und die Rohrwicklung zumindest nahezu berührt.