AT503925A4 - Device for producing a current comprises a counter current heat exchanger having a tube coil consisting of two coaxial corrugated tubes - Google Patents
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Abstract
Description
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(34 977) II(34 977) II
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Stromerzeugung mit einem über einen Kühlkreis gekühlten Verbrennungsmotor, mit einem vom Verbrennungsmotor angetriebenen Generator und mit einem einerseits an eine Abgasleitung des Verbrennungsmotors und anderseits an einen Wärmeträgerkreis angeschlossenen Gegenstromwärmetäuscher.The invention relates to a device for generating electricity with a cooled over a cooling circuit engine, with a generator driven by the internal combustion engine and with a connected on the one hand to an exhaust pipe of the engine and on the other hand to a heat transfer medium Gegenstromwärmetäuscher.
Um bei Vorrichtungen zur Stromerzeugung mit einem durch einen Verbrennungsmotor angetriebenen Generator die fühlbare Wärme der Motorabgase zu nützen und damit den Gesamtwirkungsgrad anzuheben, ist es bekannt, mit den heißen Motorabgasen einen an einen Wärmeträgerkreis angeschlossenen Wärmetauscher zu beaufschlagen, um den Wärmeträger, üblicherweise Wasser, zu erwärmen. Dieser Wärmetauscher ist im allgemeinen als Gegenstromwärmetäuscher geschaltet und in Form eines Plattenwärmetauschers ausgeführt, um eine ausreichende Wärmetauscherfläche zur Verfügung stellen zu können. Nachteilig bei diesen bekannten Vorrichtungen zur Stromerzeugung ist hinsichtlich des Wärmetauschers vor allem, daß der Plattenwärmetauscher innerhalb einer zur Schalldämmung vorgesehenen Einhausung kaum Platz findet, ohne das die Einhausung bildende Gehäuse vergrößern zu müssen. Außerdem ist der Wärmetauscher Belastungen durch vom Verbrennungsmotor angeregte Schwingungen ausgesetzt, die die Standzeit solcher Wärmetauscher begrenzen.In order to use the sensible heat of the engine exhaust gases in devices for generating electricity with a driven by an internal combustion engine generator and thus to increase the overall efficiency, it is known to act on the hot engine exhaust gases connected to a heat transfer circuit heat exchanger to the heat carrier, usually water, too heat. This heat exchanger is generally connected as a countercurrent heat exchanger and designed in the form of a plate heat exchanger in order to provide a sufficient heat exchanger surface available. A disadvantage of these known devices for generating electricity in terms of the heat exchanger, especially that the plate heat exchanger within a space provided for sound insulation housing hardly finds without having to enlarge the housing forming housing. In addition, the heat exchanger is exposed to stresses induced by the engine vibrations that limit the life of such heat exchangers.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, für eine Vorrichtung der eingangs geschilderten Art einen Wärmetauscher bereitzustellen, der in platzsparender Weise angeordnet werden kann, eine ausreichende Wärmetauscherfläche sicherstellt und eine hohe Standzeit aufweist. -2- • ·· ·· ·· ·· ·· · • ·· t t ·· ··· ·The invention is therefore an object of the invention to provide a heat exchanger for a device of the type described, which can be arranged in a space-saving manner, ensures a sufficient heat exchanger surface and has a long service life. -2- • ······················ t ······
Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, daß der Gegenstromwärmetäuscher eine Rohrschlange aus zwei koaxialen Wellrohren aufweist, von denen das innere Wellrohr mit der Abgasleitung und der ringförmige Strömungskanal zwischen dem inneren und dem äußeren Wellrohr an einem Ende mit dem Rücklauf des Wärmeträgerkreises und am anderen Ende mit dem Zulauf des Kühlkreises verbunden sind, dessen Ablauf an den Vorlauf des Wärmeträgerkreises angeschlossen ist.The invention solves this problem in that the Gegenstromwärmetäuscher has a coiled tube of two coaxial corrugated tubes, of which the inner corrugated pipe with the exhaust pipe and the annular flow channel between the inner and outer corrugated pipe at one end to the return of the heat transfer circuit and at the other end are connected to the inlet of the cooling circuit, whose outlet is connected to the flow of the heat transfer medium.
Die Ausbildung des Gegenstromwärmetäuschers als Rohrschlange aus zwei koaxialen Wellrohren bringt zunächst den Vorteil mit sich, daß der jeweils vorhandene Platz für die Unterbringung des Wärmetauschers vorteilhaft genützt werden kann, weil die Rohrschlange keinem vorgegebenen Verlauf folgen muß und daher entsprechend den Platzbedingungen verlegt werden kann. Mit der Länge der Rohrschlange kann in einfacher Weise eine Anpassung an die geforderte Wärmetauscherfläche vorgenommen werden, wobei die Wellung der Wellrohre nicht nur für eine Vergrößerung der Wärmetauscherfläche und eine für den Wärmeübergang vorteilhafte Verwirbelung der Medienströmungen sorgt, sondern auch wesentlich für die Schwingungsdämpfung ist, so daß mit einer hohen Standzeit dieser Wärmetauscher gerechnet werden kann. Da der ringförmige Strömungskanal zwischen dem inneren und dem äußeren Wellrohr der Rohrschlange im Bereich des kalten Endes des Wärmetauschers an den Rücklauf des Wärmeträgerkreises und im Bereich des warmen Endes an den Zulauf des Kühlkreises des Verbrennungsmotors angeschlossen sind, bildet der Kühlkreis einen Teil des Wärmeträgerkreises, dessen Vorlauf mit dem Ablauf des Kühlkreises verbunden ist. Dies bedeutet, daß der Wärmeträger des Wärmeträgerkreises als Kühlmittel für den Kühlkreis des Verbrennungsmotors dient und über den Gegenstromwärmetäuscher an die Betriebstemperatur des Verbrennungsmotors angepaßt wird. Die über das Kühlmittel abgeführte Wärme wird somit unmittelbar für den Wärmeträgerkreis genützt.The formation of the Gegenstromwärmetäuschers as a coiled tube of two coaxial corrugated pipes initially brings the advantage that the space available for the accommodation of the heat exchanger can be advantageously used, because the coil must follow any predetermined course and therefore can be laid according to the space conditions. With the length of the coil, an adaptation to the required heat exchanger surface can be made in a simple manner, the corrugation of the corrugated pipes not only provides for an enlargement of the heat exchanger surface and an advantageous for the heat transfer turbulence of the media flows, but also essential for the vibration damping, so that can be expected with a long service life of this heat exchanger. Since the annular flow channel between the inner and outer corrugated tube of the coil are connected in the region of the cold end of the heat exchanger to the return of the heat transfer circuit and in the region of the warm end to the inlet of the cooling circuit of the engine, the cooling circuit forms part of the heat transfer circuit, the Flow is connected to the flow of the cooling circuit. This means that the heat transfer medium of the heat carrier circuit serves as a coolant for the cooling circuit of the internal combustion engine and is adapted via the Gegenstromwärmetäuscher to the operating temperature of the internal combustion engine. The dissipated via the coolant heat is thus used directly for the heat transfer medium.
Um einfache Anschlußverhältnisse zu gewährleisten, kann an den Enden des äußeren Wellrohres der Rohrschlange je ein Glattrohrstutzen mit einem radialen Anschluß für den Rücklauf des Wärmeträgerkreises bzw. für den Zulauf des Kühlkreises angesetzt sein. Damit wird die Notwendigkeit vermieden, einen radialen Rohr- -3- anschluß dicht mit einem Wellrohr verbinden zu müssen. Eine Verbindung eines radialen Rohranschlusses mit einem Glattrohrstutzen bietet diesbezüglich keine Schwierigkeiten.In order to ensure simple connection conditions, can be attached to the ends of the outer corrugated pipe of the coil ever a smooth pipe socket with a radial connection for the return of the heat transfer medium or for the inlet of the cooling circuit. This avoids the need to connect a radial pipe connection tightly to a corrugated pipe. A connection of a radial pipe connection with a smooth pipe socket offers no difficulties in this regard.
Wie bereits ausgeführt wurde, kann die Rohrschlange des Gegenstromwärmetäuschers je nach den Platzverhältnissen unterschiedlich verlegt werden. Besonders vorteilhafte Konstruktionsverhältnisse ergeben sich in diesem Zusammenhang, wenn die Rohrschlange unterhalb einer den Verbrennungsmotor und den Generator aufnehmenden Grundplatte in wenigstens einer Schleife verlegt wird, weil in diesem Fall der Gegenstromwärmetäuscher nicht innerhalb des den Verbrennungsmotor und den Generator aufnehmenden Gehäuses untergebracht werden muß. Der üblicherweise durch einen Sockel gegebene Raum unterhalb der Grundplatte kann durch die Verlegung des Gegenstromwärmetäuschers in diesen Sockelbereich vorteilhaft genützt werden, wobei sich einfache Anschlußbedingungen für den Wärmeträgerkreis und eine Abgasleitung ergeben, insbesondere wenn die Grundplatte über den Sockel vorragt, so daß sich im vorstehenden Teilbereich der Grundplatte ausreichend Platz für Anschlußarmaturen ergibt, selbst wenn das auf der Grundplatte aufgesetzte Gehäuse an eine Wand anschließt.As already stated, the coil of the countercurrent heat dissipator can be laid differently depending on the space available. Particularly advantageous construction conditions arise in this context when the coil is laid below a combustion engine and the generator receiving base plate in at least one loop, because in this case the Gegenstromwärmetäuscher must not be housed within the internal combustion engine and the generator housing receiving. The usually given by a base space below the base plate can be advantageously used by laying the Gegenstromwärmetäuschers in this base area, with simple connection conditions for the heat transfer fluid and an exhaust pipe arise, especially if the base plate protrudes beyond the base, so that in the above section the base plate provides sufficient space for connection fittings, even if the patch on the base plate housing connects to a wall.
In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise dargestellt. Es zeigenIn the drawing, the subject invention is shown, for example. Show it
Fig. 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Stromerzeugung in einem schematischen, blockschaltbildartigen Längsschnitt und Fig. 2 die Rohrschlange des Gegenstromwärmtauschers ausschnittsweise im Bereich eines Endes in einem Axialschnitt in einem größeren Maßstab.Fig. 1 shows a device according to the invention for power generation in a schematic, block diagram like longitudinal section and Fig. 2, the coil of the countercurrent heat exchanger fragmentary in the region of one end in an axial section in a larger scale.
Die in der Fig. 1 dargestellte Vorrichtung zur Stromerzeugung weist eine aus einem Verbrennungsmotor 1 und einem von diesem Verbrennungsmotor 1 angetriebenen Generator 2 gebildete Baueinheit auf, die auf einer Grundplatte 3 montiert ist. Diese Grundplatte 3 bildet einen Teil eines auf einem Sockel 4 aufruhenden Gehäuses 5, das eine schalldämmende Einhausung der Baueinheit aus Verbrennungsmotor 1 und Generator 2 darstellt. Zur Kühlung dieser Baueinheit wird Frischluft durch einen Gehäusedurchtritt 6 mit Hilfe des Lüfterrades des Generators 2 angesaugt, wobei • ·· · · · · ·· · · · ·········· · • ·· ·· ·· · # · · • ·· ·· ·· ·· ·· -4- .............. der durch das Generatorgehäuse geförderte Kühlluftstrom in einer Motorkammer 7 austritt, die durch eine Trennwand 8 von einer Generatorkammer 9 des Gehäuses 5 getrennt ist, so daß in der Motorkammer 7 und in der Generatorkammer 9 unterschiedliche Kühlungsbedingungen eingehalten werden können. Die Abluft aus der Motorkammer 7 wird durch einen Durchtritt 10 in der Bodenplatte 3 ausgeblasen.The power generation device shown in FIG. 1 has a structural unit formed from an internal combustion engine 1 and a generator 2 driven by this internal combustion engine 1 and mounted on a base plate 3. This base plate 3 forms part of a resting on a base 4 housing 5, which is a sound-absorbing enclosure of the assembly of internal combustion engine 1 and generator 2. To cool this unit fresh air is sucked through a housing passage 6 by means of the fan wheel of the generator 2, wherein •··························································································· The cooling air flow conveyed through the generator housing emerges in a motor chamber 7, which passes through a partition wall 8 of FIG. 4 a generator chamber 9 of the housing 5 is separated, so that 9 different cooling conditions can be maintained in the motor chamber 7 and in the generator chamber. The exhaust air from the motor chamber 7 is blown through a passage 10 in the bottom plate 3.
Zur Ausnützung der Abwärme des Verbrennungsmotors 1 ist ein Gegenstromwärmetäuscher in Form einer Rohrschlange 11 vorgesehen, die zwei koaxiale Wellrohre 12 und 13 umfaßt. Das innere Wellrohr 12 ist mit der Abgasleitung 14 des Verbrennungsmotors 1 verbunden. Der ringförmige Strömungskanal 15 zwischen dem inneren und dem äußeren Wellrohr 12, 13 ist im Bereich des kalten Endes an den Rücklauf 16 eines nicht näher dargestellten Wärmekreises, beispielsweise eines Heizkreises, und im Bereich des warmen Endes an den Zulauf 17 des Kühlkreises des Verbrennungsmotors 1 angeschlossen. Über den Ablauf 18 des Kühl-kreises wird der Vorlauf 19 des Wärmeträgerkreises gespeist. Der Wärmeträger des Wärmeträgerkreises bildet somit das Kühlmittel für den Kühlkreis des Verbrennungsmotors 1. Die Anordnung ist so getroffen, daß die Rohrschlange 11 des Gegenstromwärmetäuschers unterhalb der Grundplatte 3 im Bereich des Sockels 4 in wenigstens einer Schleife verlegt ist, so daß der Gegenstromwärmetäuscher keinen Platz innerhalb des Gehäuses 5 beansprucht. Die Verlegung in einer Schleife stellt eine für den Wärmeübergang ausreichende Länge der Rohrschlange 11 sicher. Da die Anschlüsse 20, 21 für den Rücklauf 16 und den Vorlauf 19 des Wärmeträgerkreises eine Umfangswand des Sockels 4 durchsetzen, bleibt unterhalb der über den Sockel 4 vorragenden Grundplatte 3 ausreichend Raum für entsprechende Anschlußverbindungen. Gleiches gilt für den Anschluß 22 zur Abgasableitung.In order to utilize the waste heat of the internal combustion engine 1, a countercurrent heat exchanger in the form of a pipe coil 11 is provided which comprises two coaxial corrugated pipes 12 and 13. The inner corrugated pipe 12 is connected to the exhaust pipe 14 of the internal combustion engine 1. The annular flow channel 15 between the inner and the outer corrugated tube 12, 13 is connected in the region of the cold end to the return 16 of a heat circuit, not shown, for example, a heating circuit, and in the region of the warm end to the inlet 17 of the cooling circuit of the engine 1 , About the sequence 18 of the cooling circuit, the flow 19 of the heat transfer circuit is fed. The arrangement is such that the coil 11 of the Gegenstromwärmetäuschers is laid below the base plate 3 in the region of the base 4 in at least one loop, so that the Gegenstromwärmetäuscher no place within of the housing 5 claimed. The laying in a loop ensures sufficient for the heat transfer length of the coil 11. Since the connections 20, 21 for the return 16 and the flow 19 of the heat transfer medium pass through a peripheral wall of the base 4, below the base plate 3 protruding beyond the base 4, there remains sufficient space for corresponding connection connections. The same applies to the connection 22 for exhaust gas discharge.
Wie der Fig. 2 entnommen werden kann, sind an die Enden der Wellrohre 12, 13 der Rohrschlange 11 Glattrohrstutzen 23 angesetzt, um die Verbindung mit weiterführenden Leitungen zu erleichtern. Zu diesem Zweck sind die Glattrohrstutzen 23 des äußeren Wellrohres 13 im Bereich des kalten Endes mit dem Anschluß 20 für den Rücklauf 16 des Wärmeträgerkreises und im Bereich des warmen Endes mit einem radialen Anschluß 24 versehen, der mit dem Zulauf 17 des Kühlkreises des Verbrennungsmotors 1 durch einen Schlauch 25 verbunden ist. Der Glattrohrstutzen -5- 23 des inneren Wellrohres 12 trägt einen Flansch 26 zur Verbindung mit der ebenfalls einen Anschlußflansch aufweisenden Abgasleitung 14 des Verbrennungsmotors 1.As can be seen from Fig. 2, 11 smooth pipe socket 23 are attached to the ends of the corrugated pipes 12, 13 of the tube coil to facilitate the connection with continuing lines. For this purpose, the smooth pipe socket 23 of the outer corrugated pipe 13 in the region of the cold end with the terminal 20 for the return 16 of the heat transfer medium and in the region of the warm end with a radial port 24 provided with the inlet 17 of the cooling circuit of the engine 1 through a hose 25 is connected. The smooth pipe socket -5- 23 of the inner corrugated pipe 12 carries a flange 26 for connection to the likewise a connecting flange having exhaust pipe 14 of the internal combustion engine first
Der Vollständigkeit halber ist zu erwähnen, daß die Rohrschlange 11 mit einem in der Fig. 2 strichpunktiert angedeuteten Mantel 27 aus einem wärmedämmenden Werkstoff umschlossen ist, um Wärmeverluste zu vermeiden.For the sake of completeness, it should be mentioned that the tube coil 11 is enclosed by a jacket 27, which is indicated in phantom in FIG. 2, of a heat-insulating material in order to avoid heat losses.
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