DE19623108A1 - Exhaust gas heat-exchanger e.g. for combined heat and power plant - Google Patents

Exhaust gas heat-exchanger e.g. for combined heat and power plant

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Abstract

The exhaust gas heat exchanger (10) with an inner chamber for the exhaust gas guidance, in which an exhaust gas guidance insert is provided. The exhaust gas heat exchanger is connected body sound conducting with a vibration source, and the exhaust gas guidance insert is movable in the inner chamber in all directions. The heat exchanger has a falling duct (30) and a rising duct (31). The inner chamber is designed as a stationary tube. Helical type twisted sheet meal deflectors (32, 33) are arranged in the two ducts (30, 31). The helical deflectors have a slightly smaller dia. that the internal dia. of the two exhaust ducts (30, 31).

Description

Die Erfindung geht aus von einem Abgaswärmetauscher nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.The invention is based on an exhaust gas heat exchanger according to the preamble of Claim 1.

Bei Blockheizkraftwerken wird ein Stromgenerator von einem Verbrennungsmotor angetrieben, so daß durch die eingesetzte Energie sowohl elektrischer Strom als auch Wärme erzeugt wird. Die Wärmeenergie wird dem Kühlwasser und den Ver­ brennungsabgasen entzogen. Hierzu ist ein Abgaswärmetauscher vorgesehen, der über ein Abgasrohr mit dem Verbrennungsmotor verbunden ist.In combined heat and power plants, a power generator is used by an internal combustion engine driven so that both electrical current and heat is also generated. The thermal energy is the cooling water and the Ver combustion fumes extracted. For this purpose, an exhaust gas heat exchanger is provided, which is connected to the internal combustion engine via an exhaust pipe.

Hauptsächlich bei Motoren, die mit schwer verdampfbaren Ölen betrieben werden, enthalten die Abgase Partikel, die sich leicht an den Innenwänden eines Abgaswär­ metauschers anlegen. Dieser muß daher des öfteren geöffnet und gereinigt werden. In der DE-OS 30 22 270 ist ein entsprechender Abgaswärmetauscher gezeigt, bei dem in einer liegenden Tauscherröhre ein Leiteinsatz locker eingebracht ist. Zum Reingen muß dieser Leiteinsatz entnommen und danach wieder eingesetzt werden.Mainly for engines that are operated with oils that are difficult to evaporate, The exhaust gases contain particles that easily stick to the inside walls of an exhaust gas heater create metauschers. It must therefore be opened and cleaned frequently. A corresponding exhaust gas heat exchanger is shown in DE-OS 30 22 270, at to which a guide insert is loosely inserted in a lying exchanger tube. To the This lead insert must be removed from cleaning and then used again.

Die DE-OS 43 25 193 offenbart einen Wärmetauscher, bei dem für den Reinigungs­ vorgang kein zusätzliches Werkzeug benötigt wird. Der Abgasleiteinsatz ist hier so dimensioniert, daß seine Außenkontur fest an der Innenwand des Wärmetauschers anliegt. So werden gleichzeitig mit dem Herausziehen des Leiteinsatzes an der In­ nenwand anhaftende Partikel abgeschabt und aus dem Abgaskanal herausbeför­ dert.DE-OS 43 25 193 discloses a heat exchanger in which for cleaning no additional tools are required. The exhaust gas guide is like this dimensioned that its outer contour firmly on the inner wall of the heat exchanger is present. Thus, at the same time as the lead insert is pulled out of the In Particles adhering to the inner wall are scraped off and removed from the exhaust duct different.

Es war die Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Abgaswärmetauscher so aus­ zubilden, daß auch bei der Verbrennung schwer verdampfbarer Öle die Häufigkeit der Reinigungshandlungen stark vermindert oder ganz vermieden werden kann. It was the object of the present invention to make an exhaust gas heat exchanger to form the frequency even when burning oils which are difficult to evaporate cleaning operations can be greatly reduced or avoided entirely.  

Gelöst wird die Aufgabe durch einen Abgaswärmetauscher mit den kennzeichnen­ den Merkmalen von Anspruch 1. Durch die Verbindung des Abgaswärmetauschers mit der Schwingungsquelle wird dieser in eine starke Vibration versetzt. Da der Abgas­ führungseinsatz so dimensioniert ist, daß er sich in alle Richtungen bewegen kann, folgt er den Stößen, die er jeweils von den Innenwänden erhält, bis er von einer ge­ genüberliegenden Innenwand wieder abgebremst wird und den nächsten Stoß in eine andere Richtung erhält. Die Schwingungen wirken sowohl in horizontaler als auch in vertikaler Richtung. Der Abgasführungseinsatz führt daher nicht nur Stöße gegen die Innenwände aus, sondern bewegt sich auch in der Art eines Schabers an diesen entlang.The task is solved by an exhaust gas heat exchanger with the mark the features of claim 1. By connecting the exhaust gas heat exchanger with the vibration source, it is set into a strong vibration. Because the exhaust guide insert is dimensioned so that it can move in all directions, he follows the bumps he receives from the inner walls until he is hit by a ge opposite inner wall is braked again and the next impact in takes a different direction. The vibrations act both horizontally and also in the vertical direction. The exhaust gas routing insert therefore does not only cause impacts against the inner walls, but also moves in the manner of a scraper along this.

Bevorzugt ist der Abgaswärmetauscher so ausgeführt, daß die Mittelachse des Ab­ gasführungseinsatzes senkrecht steht. Hierdurch ist ein gleichmäßigeres Abklopfen der Innenwände als bei einem liegenden Abgaswärmetauscher gewährleistet.Preferably, the exhaust gas heat exchanger is designed so that the central axis of the Ab gas guide insert is vertical. This makes knocking more even of the inner walls as with a horizontal exhaust gas heat exchanger.

Um auch die Schwingung des Bodenbleches optimal für die Auf- und Abbewegung des Abgasführungseinsatzes auszunützen, liegt dieser nur punktförmig auf dem Bo­ denblech auf. Hierzu ist der Abgasführungseinsatz mit einem stiftartigen Fortsatz an seiner Unterseite versehen, über den der Kontakt zum Bodenblech hergestellt wird. Der Abgasführungseinsatz wird aus einem wendelförmig gedrehten Blechstreifen gebildet, dessen Außenkontur über die vertikale, die horizontale und die rotatorische Bewegung jeden Punkt der Innenwand des Abgaswärmetauschers erreicht.In order to optimize the vibration of the floor panel for the up and down movement to exploit the exhaust gas routing insert, it lies only in spots on the Bo the sheet. For this purpose, the exhaust gas routing insert has a pin-like extension provided on its underside, via which contact is made with the floor panel. The exhaust gas duct insert is made from a helically turned sheet metal strip formed, the outer contour of the vertical, the horizontal and the rotary Movement reaches any point on the inside wall of the exhaust gas heat exchanger.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprü­ chen und werden anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung eingehend erläutert.Further details and advantages of the invention emerge from the subclaims Chen and are based on an embodiment in the drawing explained.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 eine Seitenansicht eines Blockheizkraftwerkes, Fig. 1 is a side view of a cogeneration plant,

Fig. 2 eine Vorderansicht von Fig. 1 und Fig. 2 is a front view of Fig. 1 and

Fig. 3 eine schematisierte Darstellung eines Abgaswärmetauschers im Längs- und Querschnitt. Fig. 3 is a schematic representation of an exhaust gas heat exchanger in longitudinal and cross section.

In den Fig. 1 und 2 ist ein stabiler Grundrahmen 1 gezeigt, der aus vier rechtec­ kig angeordneten, horizontalen Profilen 2 und vier an den Ecken des Grundrahmens angeordneten Stützprofilen 3 besteht. Auf den vier Stützprofilen 3 sind vier Gummi­ puffer 4 montiert. Auf diesen wiederum liegt die Trägerkonstruktion 5 auf. Der Mo­ tor 6 ist starr auf der Trägerkonstruktion 5 montiert. An vier hängenden Profilen 7 der Trägerkonstruktion 5 ist ebenfalls starr ein Generator 8 befestigt. Dieser wird durch den Riemen 9 von dem Motor 6 angetrieben.In Figs. 1 and 2, a stable base frame 1 is shown, the Rectangular Parallelepiped of four arranged KIG, horizontal profile is 2 and four disposed at the corners of the base frame supporting Profiles 3. On the four support profiles 3 four rubber buffers 4 are mounted. The carrier structure 5 rests on this in turn. The motor 6 is rigidly mounted on the support structure 5 . A generator 8 is also rigidly attached to four hanging profiles 7 of the support structure 5 . This is driven by the belt 9 by the motor 6 .

Ein Abgaswärmetauscher 10 ist über ein Winkeleisen 11 an der Trägerkonstruktion 5 befestigt. Durch diese Befestigungsart ist der Abgaswärmetauscher begrenzt in Richtung des Doppelpfeiles 12 um den Scheitelpunkt des Winkeleisens schwenk­ bar. In Richtung des Doppelpfeiles 13 dagegen ist der Abgaswärmetauscher starr an die Trägerkonstruktion 5 gekoppelt. Die Hauptschwingungsachse 14 des Motors 6 geht in etwa durch den Schwerpunkt 15 des Abgaswärmetauschers.An exhaust gas heat exchanger 10 is attached to the support structure 5 via an angle iron 11 . By this type of attachment, the exhaust gas heat exchanger is limited in the direction of the double arrow 12 about the apex of the angle iron pivot bar. In the direction of the double arrow 13, however, the exhaust gas heat exchanger is rigidly coupled to the support structure 5 . The main vibration axis 14 of the engine 6 passes approximately through the center of gravity 15 of the exhaust gas heat exchanger.

Der Auspuffkrümmer 16 verläuft in horizontaler Richtung und mündet in einen Ab­ gaskatalysator 17. Dieser ist durch einen weiteren Krümmer 18 mit dem Abgaswär­ metauscher 10 verbunden. Die abgekühlten Abgase treten im unteren Bereich des Abgaswärmetauschers aus dem Rohrstutzen 19 aus. An diesem kann ein flexibler Schlauch angeschlossen sein, da die Temperatur der hier austretenden Abgase keine hohen Anforderungen an die Hitzebeständigkeit des Materials stellt.The exhaust manifold 16 extends in the horizontal direction and opens into a gas catalytic converter 17th This is connected by another manifold 18 to the exhaust gas heat exchanger 10 . The cooled exhaust gases emerge from the pipe socket 19 in the lower region of the exhaust gas heat exchanger. A flexible hose can be connected to this, since the temperature of the exhaust gases emerging here does not make high demands on the heat resistance of the material.

Beim Betrieb des Motors 6 erhitzt sich der Auspuffkrümmer 16 und der Katalysa­ tor 17 auf etwa 500°C. Bei dieser hohen Temperatur dehnt sich das Material so stark in Längsrichtung aus, daß entweder am Krümmer 18 oder an der Befestigung dieses Krümmers am Abgaswärmetauscher Schäden auftreten würden. Durch die besonde­ re Befestigung des Abgaswärmetauschers über das Winkeleisen 11 an der Träger­ konstruktion 5 kann dieser jedoch der Kraft in Ausdehnungsrichtung des Abgas­ krümmers 16 und des Katalysators 17 durch ein Verschwenken um den Scheitel des Winkeleisens nachgeben. In Richtung des Doppelpfeiles 13 hingegen schwingt der Wärmetauscher 10 mit dem Motor 6 mit, so daß in dieser Richtung zwischen Motor und Wärmetauscher durch die Verbindungsstücke 16, 17 und 18 keine Relativbewe­ gungen auszugleichen sind. Die Linie 20 stellt in den Fig. 1 und 2 die Tren­ nungslinie zwischen der auf dem Untergrund feststehenden Stützkonstruktion 2, 3 und der schwingenden Masse, die aus dem schwingungserzeugenden Motor 6 der Trägerkonstruktion 5 dem mitschwingenden Abgaswärmetauscher 10 und dem durch seine Masse schwingungsdämpfend wirkenden Generator 8 besteht.When the engine 6 is operating, the exhaust manifold 16 and the catalytic converter 17 are heated to approximately 500.degree. At this high temperature, the material expands so much in the longitudinal direction that damage would occur either to the manifold 18 or to the attachment of this manifold to the exhaust gas heat exchanger. Due to the special fastening of the exhaust gas heat exchanger via the angle iron 11 to the support structure 5 , however, this can yield to the force in the direction of expansion of the exhaust manifold 16 and the catalyst 17 by pivoting about the apex of the angle iron. In the direction of the double arrow 13, however, the heat exchanger 10 swings with the engine 6 , so that in this direction between the engine and the heat exchanger through the connecting pieces 16 , 17 and 18 no Relativbewe conditions are to be compensated. The line 20 in Figs. 1 and 2, the Tren voltage line between the fixed on the ground support structure 2 , 3 and the vibrating mass, the vibrating motor 6 of the support structure 5, the resonating exhaust gas heat exchanger 10 and the vibration damping generator by its mass 8 exists.

In Fig. 3 ist ein Ausführungsbeispiel eines Abgaswärmetauschers 10 gezeigt, wel­ cher einen abfallenden Kanal 30 und einen aufsteigenden Kanal 31 aufweist. In den Kanälen 30, 31 sind wendelartig gedrehte Leitbleche 32, 33 enthalten. Der Außen­ durchmesser der Leitbleche ist etwas geringer ausgelegt als der Innendurchmesser der Abgaskanäle 30, 31. Die Begrenzungswände der Abgaskanäle sind doppelwan­ dig ausgelegt, so daß in ihnen eine Kühlflüssigkeit 41 zirkulieren kann. Diese Flüssig­ keit wird dem System durch den Einlauf 34 zugeführt und durch den Ablauf 35 wie­ der entnommen. An der Unterseite der Leitbleche 32, 33 sind Ständer 36 befestigt, die unten spitz zulaufen, um nur eine kleine Verbindungsfläche zu dem Boden­ blech 37 zu haben. Das heiße Abgas wird in Richtung des Pfeiles 38 in den Kanal 30 eingeleitet, in der Kammer 39 umgelenkt und verläßt den Kanal 31 wieder in Rich­ tung des Pfeiles 40.In Fig. 3, an embodiment of an exhaust gas heat exchanger 10 is shown, which cher has a descending channel 30 and an ascending channel 31 . In the channels 30 , 31 , baffles 32 , 33 rotated in a helical manner are contained. The outer diameter of the guide plates is designed to be somewhat smaller than the inner diameter of the exhaust gas ducts 30 , 31 . The boundary walls of the exhaust gas ducts are designed doppelwan dig, so that a cooling liquid 41 can circulate in them. This liquid speed is fed to the system through the inlet 34 and removed through the outlet 35 . On the underside of the baffles 32 , 33 , stands 36 are attached, which taper to the bottom so as to have only a small connecting surface to the bottom plate 37 . The hot exhaust gas is introduced in the direction of arrow 38 into the channel 30 , deflected in the chamber 39 and leaves the channel 31 again in the direction of the arrow 40th

Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf einen Abgaswärmetauscher mit zwei Kanälen beschränkt; es kann jede gerade und ungerade Anzahl von Kanälen zur Anwendung kommen.Of course, the invention is not based on an exhaust gas heat exchanger with two Channels limited; it can use any even and odd number of channels Application come.

Insbesondere beim Betrieb eines mit schwer verdampfbaren Ölen betriebenen Mo­ tors enthalten die Abgase sich an der Wand der Kanäle leicht anlagernde Stoffe. Dadurch könnten sich die Kanäle sehr schnell zusetzen, so daß eine regelmäßige Reinigung in kurzen Zeitabständen notwendig wäre.Especially when operating a Mo operated with oils that are difficult to evaporate The exhaust gases contain substances that easily adhere to the wall of the ducts. This could clog the channels very quickly, so that a regular Cleaning at short intervals would be necessary.

Durch die in den Fig. 1 und 2 beschriebene Verbindung des Abgaswärmetau­ schers mit dem Motor 6 über die Trägerkonstruktion 5 nimmt der Wärmetauscher an den Schwingungen des Motors teil. Diese Vibration des Abgaswärmetauschers be­ wirkt eine Schwingung des Bodenblechs 37, die sich auch auf die Leitbleche 32, 33 auswirkt. Durch jeden Schwingungshub wird ein Stoß auf die Ständer 36 ausgeübt, wodurch sich die Leitbleche 32, 33 um einen geringen Betrag nach oben bewegen. Durch ihre Trägheiten können sie der Abwärtsschwingung des Bodenblechs 37 nicht sofort folgen und haben deshalb jeweils für eine kurzes Zeitintervall keinen Kontakt zu dem Bodenblech. In diesem Intervall können sie durch die Kraft der durchströ­ menden Abgase um einen geringen Betrag um ihre Längsachse gedreht werden. Through the connection of the exhaust gas heat exchanger described in FIGS . 1 and 2 with the engine 6 via the support structure 5 , the heat exchanger takes part in the vibrations of the engine. This vibration of the exhaust gas heat exchanger causes vibration of the bottom plate 37 , which also affects the guide plates 32 , 33 . An impact is exerted on the stands 36 by each vibration stroke, as a result of which the guide plates 32 , 33 move upwards by a small amount. Due to their inertia, they cannot immediately follow the downward vibration of the floor panel 37 and therefore do not have any contact with the floor panel for a short time interval. In this interval, they can be rotated by a small amount about their longitudinal axis by the force of the exhaust gases flowing through.

Gleichzeitig erhalten die Leitbleche jeweils Stöße von den Kanalwandungen, die sie beschleunigen und an die gegenüberliegende Kanalwandung anstoßen lassen.At the same time, the baffles receive impacts from the channel walls accelerate and let it hit the opposite duct wall.

Die vertikale Auf- und Abbewegung und die horizontale Hin- und Herbewegung der Leitbleche führt dazu, daß Anlagerungen, die sich auch nur ansatzweise bilden, so­ fort wieder abgeschabt und abgeklopft werden. Durch die ständige Drehung der Leitbleche erreichen die Außenkonturen jeden Punkt der Innenwand der Kanäle.The vertical up and down movement and the horizontal back and forth movement of the Baffles leads to deposits that are only partially formed, so continue to be scraped off and tapped off. By the constant rotation of the Baffles reach the outer contours of every point of the inner wall of the channels.

Die Durchströmungsgeschwindigkeit der Abgase ist groß genug, so daß von den In­ nenwänden entfernte Partikel nicht auf dem Bodenblech 37 abgelagert, sondern mit dem Abgasstrom aus dem Abgaswärmetauscher entfernt werden.The flow rate of the exhaust gases is high enough so that particles removed from the inner walls are not deposited on the base plate 37 but are removed with the exhaust gas stream from the exhaust gas heat exchanger.

Claims (4)

1. Abgaswärmetauscher mit einem Innenraum zur Abgasführung, in dem ein Abgas­ führungseinsatz vorgesehen ist, der relativ zur Wand des Innenraums beweglich ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgaswärmetauscher körperschalleitend mit einer Schwingungsquelle verbunden ist und der Abgasführungseinsatz in dem Innenraum in allen Richtungen beweglich ist.1. Exhaust gas heat exchanger with an interior for exhaust gas routing, in which an exhaust gas guide insert is provided, which is movable relative to the wall of the interior, characterized in that the exhaust gas heat exchanger is connected to a vibration source in a body-sounding manner and the exhaust gas routing insert is movable in the interior in all directions. 2. Abgaswärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der In­ nenraum als stehende Röhre ausgebildet ist.2. Exhaust gas heat exchanger according to claim 1, characterized in that the In nenraum is designed as a standing tube. 3. Abgaswärmetauscher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ab­ gasführungseinsatz an seiner Unterseite mit einem etwa punktförmigen Auflager versehen ist.3. Exhaust gas heat exchanger according to claim 2, characterized in that the Ab gas guide insert on its underside with an approximately punctiform support is provided. 4. Abgaswärmetauscher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ab­ gasführungseinsatz wendelförmig gedreht ist.4. Exhaust gas heat exchanger according to claim 3, characterized in that the Ab throttle insert is turned helically.
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