DE2909530A1 - Waste heat recovery heat exchanger - has silencer for exhaust of engine built integrally with it to reduce space and cost - Google Patents

Waste heat recovery heat exchanger - has silencer for exhaust of engine built integrally with it to reduce space and cost

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Abstract

The heat exchanger haw two concentric tubes (2, 3) with an annular space (1) between them. A fluid to be heated such as water flows through the space which has inlet and outlet connections (4, 5) for this purpose. The exhaust gases flow through the central tube which has inlet and outlet connections (6, 7). Heat exchange takes place through the wall of the central tube into the annular space. The central tube contains a series of plates (8) across it. Successive plates have openings alternately at the edges (10) and in the centre (11) so that the gases follow a zigzag path which absorbs energy and reduces the sound level.

Description

Schallgedämmter AbgaswärmetauscherSound-insulated exhaust gas heat exchanger

Die Erfindung betrifft einen schallgedämmten Abgas wärmetauscher. Anwendungsgebiet ist die Abwärmenutzung heißer Abgase von Verbrennungsmotoren und die schallgedämmte Fortleitung dieser Abgase.The invention relates to a sound-insulated exhaust gas heat exchanger. The area of application is the use of waste heat from hot exhaust gases from internal combustion engines and the soundproofed transfer of these exhaust gases.

Bei der rationellen Energieverwendung spielt die Wärmerückgewinnung aus heißen Abgasen von Verbrennungsmotoren eine zunehmend wichtige Rolle. Etwa ein Drittel der dem Motor zugeführten primärenergie ist hierin enthalten. Dieser Energieanteii kann sinnvoll zu Heizzwecken dadurch genutzt werden, daß z.B. Heizwasser durch die heißen Abgase erwärmt wird. Verbrennungsmotoren erzeugen durch die stoßweise Abgabe der Abgase aus dem Verbrennungsraum erhebliche Geräusche, die durch Schalldämmmaßnahmen verringert werden müssen. Daher ist neben der blärmerückgewinnung auch die Schalldämmung Zweck der Erfindung.Heat recovery plays a role in the rational use of energy from hot exhaust gases from internal combustion engines play an increasingly important role. About a This contains one third of the primary energy supplied to the engine. This energy component can be used sensibly for heating purposes, e.g. heating water through the hot exhaust gases is heated. Internal combustion engines generate through the intermittent discharge the exhaust gases from the combustion chamber make considerable noise caused by soundproofing measures need to be reduced. Therefore, in addition to noise recovery, there is also sound insulation Purpose of the invention.

Es ist bekannt, daß durch wassergekühlte Abgasstutzen die Temperatur der Abgase von Verbrennungsmotoren um einen gewissen relativ geringen Betrag abgekühlt werden, um die nachfolgenden Bauteile wie Rohrleitungen und Schalldämpfer einer nicht zu hohen Temperaturbelastung auszusetzen und bei Nutzung der Motorabwärmen einen gewissen Anteil aus der Abgaswärme zu erhalten.It is known that the temperature is increased by water-cooled exhaust gas connections the exhaust gases from internal combustion engines are cooled by a certain relatively small amount to the following components such as pipes and silencers a not to expose to high temperature loads and when using the engine waste heat to get a certain proportion from the exhaust gas heat.

Ferner ist eine weitere Abkühlung der Abgase oft nach dem Schalldämpfer bekannt, die bei Verwendung entsprechenden Materials sogar bis zur Unterschreitung des Taupunktes der im Abgas enthaltenen kondensierbaren Bestandteie führt. Weiterhin sind mit Kühlleitungen versehene Schalldämpfer bekannt. Durch diese Anordnungen gelingt eine fast vollständige Rückgewinnung der Motorabwärmen, wenn man die relativ einfach; nutzbare Kühlwasserwärme mit hinzurechnet.Furthermore, there is often a further cooling of the exhaust gases after the muffler known, the use of the appropriate material even to the point below the dew point of the condensable components contained in the exhaust gas. Farther silencers provided with cooling lines are known. Through these arrangements an almost complete recovery of the engine waste heat succeeds, if you consider the relative simple; usable cooling water heat included.

Auf diese Weise gekühlte Verbrennungsmotoren finden in steigendem Maße Anwendung im Bereich der Heizwärmeerzeugung. Zum Teil werden nur die Abwärmen des Motors zu Heizzwecken genutzt ; die mechanische Energie wird in elektrische Energie umgewandelt; zum Teil dienen diese Motoren zum Antrieb von Wärmepumpen. Damit handelt es sich hier um stationäre Anlagen, die oft in unmittelbarer Nähe bewohnter Räume in Betrieb sind und daher sehr gut schallgedämmt sein müssen. Dabei spielt die Abgasführung eine wichtige Rolle.Internal combustion engines cooled in this way are increasing Application in the area of heating heat generation. Partly only the waste heat of the engine used for heating purposes; the mechanical energy turns into electrical Energy converted; some of these motors are used to drive heat pumps. This means that these are stationary systems, which are often in the immediate vicinity occupied rooms are in operation and must therefore be very well soundproofed. Included the exhaust system plays an important role.

Bei der üblichen getrennten Anwendung von Schalldämpfer und Abgaswärmetauscher oder dem mit Kühlleitungen versehenen Abgaswärmetauscher ergeben sich aber folgende Nachteile: Die Abgase durchströmen bei Trennung von Schalldämmung und Wärmetausch mindestens zwei Bauteiles die außerdem dadurch ein Verbindungselement gasdicht zusammengehalten werden müssen. Dieses Verbindungselement stellt wie jedes andere Verbindungselement bei schwingender Belastung, einen Schwachpunkt in der Anlage dar, zumal dort bei einem Defekt giftige Abgase unbemerkt austreten können.With the usual separate use of silencer and exhaust gas heat exchanger or the exhaust gas heat exchanger provided with cooling lines, however, the following results Disadvantages: The exhaust gases flow through when the sound insulation and heat exchange are separated at least two components which also hold a connecting element together in a gas-tight manner Need to become. This connector represents how each other Connection element with vibrating load, a weak point in the system especially since toxic exhaust gases can escape unnoticed in the event of a defect.

Kommen mit Kühlleitungen versehene Schalldämpfer als Abgaswärmetauscher zur Anwendung, so ist deren Konstruktion kompliziert, außerdem besteht wie beim reinen Schalldämpfer ohne Kühlleitungen die Möglichkeit, daß entlang der äußeren Mantelfläche, durch Korrosion bedingte Undichtigkeiten auftreten können, durch die unbemerkt giftiges Abgas entweichen kann.There are silencers with cooling lines as exhaust gas heat exchangers for use, its construction is complicated, and as with pure muffler without cooling lines the possibility that along the outer Jacket surface, leaks caused by corrosion can occur through the toxic exhaust gas can escape unnoticed.

Ein weiterer Nachteil besteht ferner darin, daß Undichtigkeiten von Kühlleitungen zum Austritt von Heizmedium in den Abgasraum führen können, was bei kleineren Leckraten lange Zeit unbemerkt bleiben und zu ständiger korrosionsverstärkender Wirkung im Abgasraum führen kann und bei großen Leckraten zur Beschädigung des Motors, wenn Kühlmedium bei abgeschaltetem Motor bis zu den Auslaßventilen und darüber hinaus zurückströmt.Another disadvantage is that leaks of Cooling lines can lead to the escape of heating medium into the exhaust gas space, which is the case Smaller leak rates go unnoticed for a long time and become more and more corrosive Effect in the exhaust gas chamber and, in the case of high leakage rates, damage to the engine, if cooling medium with the engine switched off up to the exhaust valves and beyond flows back.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die hier geschilderten Nachteile zum Teil ganz, zum Teil weitestgehend zu vermeiden. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den in Anspruch 1 angegebenen schallgedämmten Abgaswärmetauscher und der Ausgestaltung entsprechend der weiteren Ansprüche 2 - 13 gelöst.The invention is therefore based on the object described here Disadvantages to be avoided partly completely, partly largely. This task will according to the invention by the soundproofed exhaust gas heat exchanger specified in claim 1 and the embodiment according to the further claims 2-13 solved.

Die mit der Erfindung erzielten wesentlichen Vorteile bestehen insbesondere darin, daß das Verbindungselement zwischen Schalldämpfer und Abgaswärmetauscher fortfällt, weil Schalldämpfer und Abgaswärmetauscher zu einem Bauteil -zusammengefaßt werden. e&s s, In ;zeve ist eine schematisch angedeutete Ausgestaltung eines schallgedäm mten Abgaswärmetauschers angegeben. Danach weist der abgasberührte Raum (12) keine gemeinsame Schweißnaht mit dem Raum (1) auf, so daß bei Undichtigkeiten durch Schweißnähte kein Heizmedium in den Abgasraum gelangen kann.The essential advantages achieved with the invention consist in particular in the fact that the connecting element between the silencer and the exhaust gas heat exchanger is omitted because the silencer and the exhaust gas heat exchanger are combined into one component. e & s s, In; zeve is a schematically indicated embodiment of a schallgedäm Mten exhaust gas heat exchanger specified. According to this, the space (12) in contact with the exhaust gas does not have a joint weld seam with the space (1), so that in the event of leaks through weld seams, no heating medium can get into the exhaust gas space.

Das Abgas strömt zunächst in einen relativ großen Beruhigungsraum, um dann fortochreitend immer kleiner werdende Räume zu durchströmen' was zu einer sehr guten Schalldämmung führt.The exhaust gas first flows into a relatively large calming area, in order to then flow through increasingly smaller rooms as it progressed 'what became a very good sound insulation.

Durch die Anordnung der scheibenförmigen Bauteile (8, ea, 9, 9a) wird das Abgas so umgelenkt, daß an der gesamten Innenwand des Bauteils (3) ein sehr guter Warmeübergang zustande kommt, der noch durch die llärmeleitung in den als Kühlrippen wirkenden Bauteilen(9 und/oder 9a) verbessert wird. Diese Bauteile haben gleichzeitig eine vorteilhafte Stützwirkung auf Bauteil (3), welches durch den Druck des Heizmediums belastet ist.The arrangement of the disc-shaped components (8, ea, 9, 9a) is the exhaust gas deflected so that on the entire inner wall of the component (3) a very good heat transfer is achieved, which is still through the llärleitung in the as Components (9 and / or 9a) acting on cooling fins is improved. These components have at the same time an advantageous supporting effect on component (3), which is caused by the pressure the heating medium is loaded.

Claims (13)

Patentansprüche (1.) Schaligedämmter Abgaswärmetauscher, dadurch gekennzeichnet, daß durch einen Raum (1) zwischen zwei koaxial angeordneten rohrförmigen Bauteilen ( 2, 3 ) ein Kühlmedium zwischen Anschlussen ( 4 und 5 ) fließt, das heißes Abgas eines Verbrennungsmotors abkühlt, welches durch ein Eintrittsrohr ( 6 ) in den Abgaswärmetauscher eintritt und ihn durch ein Austrittsrohr ( 7 ) abgekühlt verläßt, ferner dadurch gekennzeichnet, daß im Innenraum des kleineren rohrförmigen Bauteils ( 3 ) scheibenförmige Konstruktionsteile ( 8, 8a, 9, 9a ) angeordnet sind, die dem zu kühlenden Abgas den Durchtritt durch die Scheibenebenen abwechselnd am Rand ( 10 ) und in der Mitte ( 11 ) dieser scheibenförmigen Konstruktionsteile erlauben. Claims (1.) Shell-insulated exhaust gas heat exchanger, thereby characterized in that by a space (1) between two coaxially arranged tubular Components (2, 3) a cooling medium flows between connections (4 and 5), the hot one Exhaust gas from an internal combustion engine cools down through an inlet pipe (6) in enters the exhaust gas heat exchanger and cooled it down through an outlet pipe (7) leaves, further characterized in that in the interior of the smaller tubular Component (3) disc-shaped structural parts (8, 8a, 9, 9a) are arranged, the exhaust gas to be cooled alternately on the passage through the disk planes Allow edge (10) and in the middle (11) of these disc-shaped structural parts. 2. Schallgedämmter Abgaswärmetauscher nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die den Raum ( 1 ) und den Gasraum ( 12 ) abschließenden Stirnbleche ( 13 und 14 ) sowie ( 15 und 16 ) getrennte Schweißnähte ( 17 und 18 ) sowie ( 19 und 20 ) in dem Sinne aufweisen, daß bei undichter Schweißnaht das Medium des einen Raumes nicht in den anderen Raum eindringen kann und umgekehrt. 2. Sound-insulated exhaust gas heat exchanger according to claim 1, characterized in that that the space (1) and the gas space (12) closing end plates (13 and 14) and (15 and 16) separate welds (17 and 18) and (19 and 20 ) in the sense that in the event of a leaky weld seam the medium of one room cannot penetrate into the other room and vice versa. 3. Schallgedämmter Abgaswärmetauscher nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß die im Innenraum ( 12 ) angeordneten scheibenförmigen Konstruktionsteile ( 8, 8a, 9, 9a ) in Richtung der Abgasdurchströmung geringer werdende Abstande aufweisen.3. Sound-insulated exhaust gas heat exchanger according to claim 1 and 2 thereby characterized in that the disc-shaped structural parts arranged in the interior space (12) (8, 8a, 9, 9a) have decreasing distances in the direction of the exhaust gas flow. 4. Schallgedämmter Abgaswärmetauscher nach den Ansprüchen 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß nach den Erfordernissen viele scheibenförmige Konstruktionsteile wahlweise nach ( 8 und 9 ) und/oder ( 8a und 9a ) verwendet werden.4. Sound-insulated exhaust gas heat exchanger according to Claims 1 to 3 characterized in that, according to the requirements, many disc-shaped structural parts can be used according to (8 and 9) and / or (8a and 9a). 5. Schallgedämmter Abgaswärmetauscher nach den Ansprüchen i bis 4 dadurch gekennzeichnet, daß die in der Mitte mit einer Öffnung ( 11 ) versehenen scheibenförmigen Konstruktionsteile am Rand das innere Rohrteil ( 3 ) zumindest teilweise formschlüssig berühren und/oder in kraftschlüssiger Verbindung mit ihm stehen.5. Sound-insulated exhaust gas heat exchanger according to claims i to 4 characterized in that the one provided with an opening (11) in the middle disc-shaped structural parts at the edge of the inner tubular part (3) at least partially touch positively and / or in frictional connection with him stand. 6. Schallgedämmter Abgaswärmetauscher nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, daß die kraftschlüssige Verbindung durch eine Schweißnaht hergestellt wird.6. Sound-insulated exhaust gas heat exchanger according to claim 5, characterized in that that the frictional connection is made by a weld seam. 7. Schallgedämmter Abgaswärmetauscher nach den Ansprüchen 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, daß die scheibenförmagen Konstruktionsteile mit dem kleineren Durch messer ( 8 und 8a ) mindestens an zwei Stellen des Umfangs eine kraft- und/oder formschlüssige Verbindung mit dem kleineren rohrförmigen Bauteil ( 3 ) aufweisen.7. Sound-insulated exhaust gas heat exchanger according to Claims 1 to 6 characterized in that the disk-shaped structural parts with the smaller Diameter (8 and 8a) at least at two points on the circumference a force and / or have a positive connection with the smaller tubular component (3). 8. Schallgedämmter Abgaswärmetauscher nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die scheibenförmigen Konstruktionsteile nur formschlüssige Verbindungen oder formschlüssige Teilverbindungen mit dem kleineren rohrförmigen Bauteil ( 3 ) aufweisen und untereinander durch Abstandshalter positioniert sind.8. Sound-insulated exhaust gas heat exchanger according to claim 1, characterized in that that the disc-shaped structural parts only form-fitting connections or have positive partial connections with the smaller tubular component (3) and are positioned one below the other by spacers. 9. Schallgedämmter Abgaswärmetauscher nach den Ansprüchen 1 bis 8 dadurch gekennzeichnet, daß die abgasberührten Konstruktionsteile aus nichtrostendem Stahl oder emailliertem Stahl bestehen, während die nur vom Kühlmedium berührten Konstruktionsteile aus minderwertigerem Werkstoff wie Stahl und/oder Kunststoff bestehen können.9. Sound-insulated exhaust gas heat exchanger according to Claims 1 to 8 characterized in that the structural parts in contact with the exhaust gas are made of stainless Steel or enamelled steel are made, while those only touched by the cooling medium Construction parts made of inferior material such as steel and / or plastic can exist. 10. Schallgedämmter Abgaswärmetauscher nach den Ansprüchen 1 bis 9 dadurch gekennzeichnet, daß das Abgaseintrittsrohr ( 6 ) in wärmetauschendem Kontakt zum Kühlmedium steht, das den Ringraum ( 1 ) durchströmt.10. Sound-insulated exhaust gas heat exchanger according to Claims 1 to 9 characterized in that the exhaust gas inlet pipe (6) is in heat-exchanging contact to the cooling medium that flows through the annular space (1). 11.Schallgedämmter Abgaswärmetauscher nach den Ansprüchen 1 bis 10 dadurch gekennzeichnet, daß die gasberührten scheibenförmigen Konstruktionsteile ( 8a, 9a) Kegelgestalt aufweisen, in der Art, daß Kondensat bis zum Abgasaustrittsrohr ( 7) den Gesetzen der Schwerkraft folgend bei senkrecht stehendem Abgaswärmetauscher abfließen kann.11.Sound-insulated exhaust gas heat exchanger according to claims 1 to 10 characterized in that the disc-shaped structural parts in contact with the gas (8a, 9a) have a conical shape, in such a way that condensate up to the exhaust gas outlet pipe (7) following the laws of gravity with a vertical exhaust gas heat exchanger can drain. 12. Schallgedämmter Abgaswärmetauscher nach den Ansprüchen 1 und 8 dadurch gekennzeichnet, daß zum Zwecke der Rei mgung des Abgasraumes ( 12 ) der Boden des Abgasraumes bestehend aus Austrittsrohr (7) und Stirnblech ( 16 ) demontierbar gestaltet wird, so daß die nur formschlüssig mit dem Innenrohr(3)verbundenen scheibenförmigen Konstruktionsteile ausbaubar sind.12. Sound-insulated exhaust gas heat exchanger according to Claims 1 and 8 characterized in that for the purpose of rei mgung the exhaust gas space (12) The bottom of the exhaust space consisting of an outlet pipe (7) and front plate (16) can be dismantled is designed so that the disc-shaped Construction parts are removable. 13. Schallgedämmter Abgaswärmetauscher nach den Ansprüchen 1 bis 13 dadurch gekennzeichnet, daß das rohrförmige Bauteil ( 2 ) auf seiner äußeren Oberfläche mit einer Wärmedämmschicht versehen ist.13. Sound-insulated exhaust gas heat exchanger according to Claims 1 to 13 characterized in that the tubular component (2) on its outer surface is provided with a thermal insulation layer.
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