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 Gegenstromwärmetauscher.
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 (DE 196 10 915 A1 , EP 1 273 785 A1), 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 Gegenstromwärmetauscher geschaltet.
Um im Vergleich zu Wärmetauschern, die eine Rohrschlange für die Führung des Wärmeträgers aufweisen, grössere Wärmetauscherflächen zur Verfügung stellen zu können, können Plattenwärmetauscher eingesetzt werden. Nachteilig ist dabei, 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. Ähnliche Nachteile treten auch bei anderen bekannten Wärmetauscherkonstruktionen auf, mit deren Hilfe die fühlbare Abwärme des Abgasstromes eines Verbrennungsmotors für die Erwärmung eines Wärmeträgers genützt werden kann.
Dies gilt beispielsweise für Wärmetauscher, bei denen der Abgasstrom durch eine Rohrleitung geführt wird, die ein zylindrisches, vom Kühlwasser durchströmtes Gehäuse koaxial durchsetzt (DE 25 29 376 A1). Bei einem anderen bekannten Wärmetauscher (DE 197 36 606 A1), ist in einem zylindrischen Gehäuse ein koaxialer Einsatz mit einem Mantel vorgesehen, der eine in Umfangsrichtung verlaufende Wellung zur Vergrösserung der Wärmetauscherfläche zeigt.
Die damit zur Verfügung stehenden Wärmetauscherflächen reichen allerdings bei einer beschränkten Baugrösse nicht für eine ausreichende Ausnützung der fühlbaren Wärme des Abgasstromes aus.
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.
Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, dass der Gegenstromwärmetauscher 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. Die Ausbildung des Gegenstromwärmetauschers 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 Gegenstromwärmetauscher an die Betriebstemperatur des Verbrennungsmotors angepasst wird.
Die über das Kühlmittel abgeführte Wärme wird somit unmittelbar für den Wärmeträgerkreis genützt.
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 Rohranschluss dicht mit einem Wellrohr verbinden zu müssen. Eine Verbindung eines radialen Rohranschlusses mit einem Glattrohrstutzen bietet diesbezüglich keine Schwierigkeiten.
Wie bereits ausgeführt wurde, kann die Rohrschlange des Gegenstromwärmetauschers 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 Gegenstromwärmetauscher 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 Gegenstromwärmetauschers 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.
In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise dargestellt.
Es zeigen
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.
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 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.
Zur Ausnützung der Abwärme des Verbrennungsmotors 1 ist ein Gegenstromwärmetauscher 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 Kühlkreises 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 Gegenstromwärmetauschers unterhalb der Grundplatte 3 im Bereich des Sockels 4 in wenigstens einer Schleife verlegt ist, so dass der Gegenstromwärmetauscher keinen Platz innerhalb des Gehäuses 5 beansprucht.
Die Verlegung in einer Schleife stellt eine für den Wärmeübergang ausreichende Länge der Rohrschlange 11
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 countercurrent heat exchanger.
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 (DE 196 10 915 A1, EP 1 273 785 A1), with the hot engine exhaust gas to a heat transfer medium to apply connected heat exchanger to heat the heat carrier, usually water. This heat exchanger is generally connected as a countercurrent heat exchanger.
In order to be able to provide larger heat exchanger surfaces in comparison to heat exchangers which have a coil for the guidance of the heat carrier, plate heat exchangers can be used. The disadvantage here is that the plate heat exchanger hardly finds space within an enclosure provided for sound insulation, without having to enlarge the housing forming the housing. In addition, the heat exchanger is exposed to stresses induced by the engine vibrations that limit the life of such heat exchangers. Similar disadvantages also occur in other known heat exchanger constructions, with the help of which the sensible waste heat of the exhaust gas flow of an internal combustion engine can be utilized for heating a heat carrier.
This applies, for example, for heat exchangers in which the exhaust gas stream is passed through a pipe which passes coaxially through a cylindrical housing through which the cooling water flows (DE 25 29 376 A1). In another known heat exchanger (DE 197 36 606 A1), a coaxial insert is provided with a jacket in a cylindrical housing, which shows a circumferentially extending corrugation to increase the heat exchanger surface.
However, the available heat exchanger surfaces are not sufficient in a limited size for a sufficient utilization of the sensible heat of the exhaust stream.
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.
The invention solves the stated object in that the countercurrent heat exchanger comprises 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. The formation of the countercurrent heat exchanger as a coiled tube of two coaxial corrugated pipes initially brings with it 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 increase in 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 these heat exchangers.
Since the annular flow channel between the inner and outer corrugated pipe 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 countercurrent heat exchanger to the operating temperature of the internal combustion engine.
The dissipated via the coolant heat is thus used directly for the heat transfer medium.
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 circuit 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.
As already stated, the coil of the countercurrent heat exchanger 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 countercurrent heat exchanger does not have to be accommodated within the internal combustion engine and the generator housing receiving.
The usually given by a pedestal space below the base plate can be advantageously used by laying the counterflow heat exchanger 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 the drawing, the subject invention is shown, for example.
Show it
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 area of a
End in an axial section on a larger scale.
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 funded by the generator housing cooling air flow exits in a motor chamber 7, which is separated by a partition wall 8 of a generator chamber 9 of the housing 5, so that in the engine chamber 7 and 9 different cooling conditions can be met in the generator chamber. The exhaust air from the motor chamber 7 is blown through a passage 10 in the bottom plate 3.
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 pipe 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 of the flow 19 of the heat transfer circuit is fed. The arrangement is such that the coil 11 of the countercurrent heat exchanger is laid below the base plate 3 in the region of the base 4 in at least one loop, so that the countercurrent heat exchanger no place within of the housing 5 claimed.
The laying in a loop provides sufficient for the heat transfer length of the coil 11th