DE102007063314B4 - Device for generating electricity - Google Patents
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Abstract
Vorrichtung zur Stromerzeugung mit einem über einen Kühlkreis gekühlten Verbrennungsmotor (1), mit einem vom Verbrennungsmotor (1) angetriebenen Generator (2) und mit einem einerseits an eine Abgasleitung (14) des Verbrennungsmotors (1) und anderseits an einen Wärmeträgerkreis angeschlossenen Gegenstromwärmetauscher, dadurch gekennzeichnet, dass der Gegenstromwärmetauscher eine Rohrschlange (11) aus zwei koaxialen Wellrohren (12, 13) aufweist, von denen das innere Wellrohr (12) mit der Abgasleitung (14) und der ringförmige Strömungskanal (15) zwischen dem inneren und dem äußeren Wellrohr (12, 13) an einem Ende mit dem Rücklauf (16) des Wärmeträgerkreises und am anderen Ende mit dem Zulauf (17) des Kühlkreises verbunden sind, dessen Ablauf (18) an den Vorlauf (19) des Wärmeträgerkreises angeschlossen ist. Apparatus for generating electricity with an internal combustion engine (1) cooled by a cooling circuit, with a generator (2) driven by the internal combustion engine (1) and with a counterflow heat exchanger connected on the one hand to an exhaust pipe (14) of the internal combustion engine (1) and on the other hand to a heat transfer medium characterized in that the countercurrent heat exchanger comprises a coiled tube (11) of two coaxial corrugated tubes (12, 13), of which the inner corrugated tube (12) with the exhaust pipe (14) and the annular flow channel (15) between the inner and the outer corrugated tube ( 12, 13) are connected at one end to the return (16) of the heat transfer circuit and at the other end to the inlet (17) of the cooling circuit, whose outlet (18) is connected to the flow (19) of the heat transfer circuit.
Description
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. Eine Vorrichtung zur Stromerzeugung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ist bspw. aus der
Die fühlbare Wärme der Abgase eines Verbrennungsmotors kann nicht nur zum Vorwärmen des Kühlwassers bei einem Kaltstart eingesetzt (
Damit eine ausreichende Wärmetauscherfläche zur Verfügung gestellt werden kann, bieten sich für diesen Zweck als Gegenstromwärmetauscher geschaltete Plattenwärmetauscher an. Nachteilig beim Einsatz von Plattenwärmetauschern bei Vorrichtungen zur Stromerzeugung ist vor allem, dass Plattenwärmetauscher innerhalb einer zur Schalldämmung vorgesehenen Einhausung kaum Platz finden, ohne das die Einhausung bildende Gehäuse zu vergrößern. Außerdem ist der Wärmetauscher Belastungen durch vom Verbrennungsmotor angeregte Schwingungen ausgesetzt, die die Standzeit solcher Wärmetauscher begrenzen.In order to provide a sufficient heat exchanger surface, plate heat exchangers connected as countercurrent heat exchangers are available for this purpose. A disadvantage of the use of plate heat exchangers in devices for power generation is, in particular, that plate heat exchanger find hardly any space within an enclosure provided for sound insulation, without increasing 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.
Zum Vorwärmen von Verbrennungsluft für Heißgasmotoren sind Wärmetauscher bekannt (
Bei einem ähnlichen Aufbau wird bei einem anderen bekannten Wärmetauscher für die Vorwärmung von Wasser für einen Dampfkessel (
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.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.
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.The invention achieves 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.
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, sodass 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.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 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 can be expected with a long service life of these heat exchangers. 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 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.
Um einfache Anschlussverhältnisse zu gewährleisten, kann an den Enden des äußeren Wellrohres der Rohrschlange je ein Glattrohrstutzen mit einem radialen Anschluss einerseits für den Rücklauf des Wärmeträgerkreises und anderseits 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.In order to ensure simple connection conditions, at the ends of the outer corrugated pipe of the coil can be attached to a smooth pipe socket with a radial connection on the one hand for the return of the heat transfer circuit and on the other hand for the inlet of the cooling circuit. This avoids the need to connect a radial pipe connection tightly to a corrugated pipe. A compound of a radial Pipe connection with a smooth pipe socket offers no difficulties in this regard.
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, sodass 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 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 socket space below the base plate can be advantageously used by laying the countercurrent heat exchanger in this base area, with simple connection conditions for the heat transfer medium and an exhaust pipe arise, especially if the base plate protrudes over the base, so that in the above part of 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 zeigen
-
1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Stromerzeugung in einem schematischen, blockschaltbildartigen Längsschnitt und -
2 die Rohrschlange des Gegenstromwärmtauschers ausschnittsweise im Bereich eines Endes in einem Axialschnitt in einem größeren Maßstab.
-
1 a device according to the invention for power generation in a schematic, block diagram-like longitudinal section and -
2 the coil of the countercurrent heat exchanger fragmentary in the region of one end in an axial section on a larger scale.
Die in der
Zur Ausnützung der Abwärme des Verbrennungsmotors
Wie der
Der Vollständigkeit halber ist zu erwähnen, dass die Rohrschlange
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Verbrennungsmotorinternal combustion engine
- 22
- Generatorgenerator
- 33
- Grundplattebaseplate
- 44
- Sockelbase
- 55
- Gehäusecasing
- 66
- GehäusedurchtrittHousing passage
- 77
- Motorkammermotor chamber
- 88th
- Trennwandpartition wall
- 88th
- Generatorkammergenerator chamber
- 1010
- Durchtrittpassage
- 1111
- Rohrschlangecoil
- 1212
- Wellrohrcorrugated pipe
- 1313
- Wellrohrcorrugated pipe
- 1414
- Abgasleitungexhaust pipe
- 1515
- Strömungskanalflow channel
- 1616
- Rücklaufreturns
- 1717
- ZulaufIntake
- 1818
- Ablaufprocedure
- 1919
- Vorlaufleader
- 2020
- Anschlussconnection
- 2121
- Anschlussconnection
- 2222
- Anschlussconnection
- 2323
- GlattrohrstutzenSmooth pipe connections
- 2424
- Anschlussconnection
- 2525
- Schlauchtube
- 2626
- Flanschflange
- 2727
- Mantelcoat
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