DE29605597U1 - Abgas-Wärmetauscher - Google Patents

Abgas-Wärmetauscher

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Description

Abgas-Wärmetauscher
Die Neuerung bezieht sich auf einen Abgas-Wärmetauscher gemäß Oberbegriff Schutzanspruch 1.
In zahlreichen Anwendungen ist es erwünscht, die in Abgasen von Brennkraftmaschinen, insbesondere von Verbrennungsmotoren, noch enthaltene Energie beispielsweise für Heizzwecke zu nutzen. Dies ist insbesondere auch bei sog. Blockheizkraftwerken oder-Vorrichtungen der Fall, bei denen ais Energieerzeuger ein Verbrennungsmotor benutzt wird, der zur Erzeugung von Wärme- und Heizenergie und elektrischer Energie dient.
Weiterhin ist es bei allen Brennkraftmaschinen bzw. Verbrennungsmotoren, insbesondere auch bei stationären Anlagen notwendig, eine Schalldämpfung für den Abgasweg vorzusehen.
Aufgabe der Neuerung ist es, einen verbesserten Abgas-Wärmetauscher aufzuzeigen.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Abgas-Wärmetauscher entsprechend dem kennzeichnenden Teil des Schutzanspruches 1 ausgeführt.
Eine Besonderheit des neuerungsgemäßen Abgas-Wärmetauschers besteht darin, daß dieser zugleich als Schalldämpfer im Abgasweg bzw. Auspuff dient. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Die Neuerung wird im folgenden anhand der Figuren an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 in vereinfachter Darstellung einen Schnitt durch einen neuerungsgemäßen Abgas-Wärmetauscher;
Fig. 2 einen Schnitt entsprechend der Linie l-l der Fig. 1.
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Der in den Figuren dargestellte Abgas-Wärmetauscher, dessen Besonderheit u.a. darin besteht, er zugleich als Schalldämpfer ausgeführt ist, besteht im wesentlichen aus einem geschlossenen, langgestreckten Gehäuse 1 mit einer Umfangswand 2 und einer Längsachse L.
Der von der Umfangswand 2 umschlossene Innenraum des Gehäuses 1 ist an beiden Enden jeweils durch eine Stirnwand 3 und 4 abgeschlossen und durch Zwischenwände und 5 bzw. 6 und 7, die in Ebenen senkrecht zur Längsachse L liegen in mehrere Kammern unterteilt, und zwar in
die äußere Kammer 9 zwischen den Wänden 3 und 5, die äußere Kammer 10 zwischen den Wänden 4 und 6, die Kammer 11 zwischen den Wänden 5 und 7,
die Kammer 12 zwischen den Wänden 6 und 8 und
die Kammer 13 zwischen den Wänden 7 und 8.
Wie in der Fig. 1 dargestellt, sind die Wände 7 und 8 jeweils unter Verwendung von thermisch hoch belastbarem Schalldämm-Material (SchalIdämm-Matte) hergestellt. Weiterhin ist in den Kammern 11 -13 an der Innenfläche der Umfangswand 2 ebenfalls ein derartiges Schalidämm-Material angebracht.
Bei der dargestellten Ausführungsform dient die Kammer 10 als Sammel- bzw. Vorlaufkammer für ein flüssiges, Wärme transportierendes Medium (beispielsweise Wasser, insbesondere auch solches mit Zusätzen) und die Kammer 9 als Sammel- bzw. Rücklaufkammer fürdieses Wärme transportierende Medium. Dementsprechend ist an der Kammer 10 ein von einem Rohranschluß gebildeter Einlaß 14 und an der Kammer 9 ein von einem Rohranschluß gebildeter Auslaß 15 vorgesehen. Die beiden Kammern 9 und 10 sind durch eine Vielzahl von Wärmetauscherrohren 16 miteinander verbunden, die sich in Richtung der Längsachse L durch das Innere des Gehäuses 1 und dabei insbesondere durch die Kammern 11-13 erstrecken. Die Wärmetauscherrohre 16 sind beispielsweise in jeweils gleichen Abständen im Bereich der Innenseite der
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Umfangswand 2 vorgesehen. Weiterhin sind derartige Wärmetauscherrohre aber auch im übrigen Querschnittsbereich, beispielsweise in der Mitte des Gehäuses 1 vorgesehen (hierzu auch Fig. 2). Es versteht sich, daß die jeweils beidendig offenen Wärmetauscherrohre 16 abgedichtet in die Kammern 9 und 10 münden. Zum Zuführen der heißen Abgase, die beispielsweise die Ab- oder Auspuffgase einer Brennkraftmaschine, beispielsweise eines Verbrennungsmotors, z.B. eines Dieselmotors sind, dient ein Rohr 17, welches mit seiner Längserstreckung parallel zur Längsachse L, gegenüber dieser aber radial versetzt angeordnet und abgedichtet durch die Kammern 9, 11 und 13 hindurchgeführt ist. An der Kammer 12 bildet dieses Rohr 17 einen Auslaß, und zwar der Zwischenwand 6 benachbart. Der Auslaß ist bei der dargestellten Ausführungsform dadurch gebildet, daß das Rohr 17 an diesem Ende mit einem eine Vielzahl von Austrittsöffnungen 18 hergestellten Abschnitt oder Siebrohr 19 versehen, das seinerseits stirnseitig abgeschlossen ist, und zwar durch die Zwischenwand 6. Zum Abführen der Verbrennungsgase ist ein Rohr 20 vorgesehen, welches mit seiner Achse wiederum parallel zur Längsachse L, gegenüber dieser aber versetzt abgedichtet durch die Kammern 10, 12 und 13 hindurchgeführt ist und mit seinem offenen Ende sich in der Kammer 11 befindet. Bei der dargestellten Ausführungsform bildet das Rohr 20 in der Kammer 11 eine Öffnung bzw. einen Anschnitt. Grundsätzlich ist es aber auch möglich, dieses Ende des Rohres 20 in gleicher Weise mit dem mit den Öffnungen 18 versehenen Rohrabschnitt oder Siebrohr 19 zu versehen.
Zwischen den Kammern 11,12 und 13 sind bei der dargestellten Ausführungsform noch zwei weitere Rohranordnungen 21 und 22 vorgesehen. Die Rohranordnung 21 besteht aus einem ersten, beidendig offenen und abgedichtet durch die Wand 7 hindurchgeführten Rohrstück 23 und aus einem zweiten, beidendig offenen und durch die Wand 8 hindurchgeführten Rohrstück 24. Die beiden in der Kammer 13 befindlichen Enden der Rohrstücke 23 und 24 sind über ein Siebrohr 25 miteinander verbunden, welches an seinem Umfang eine Vielzahl von Öffnungen 26 aufweist und achsgleich mit den Rohrstücken 23 und 24 angeordnet ist, und zwar parallel zur Längsachse L, gegenüber dieser aber radial versetzt. Im Rohrstück 23 ist eine Drosselstelle 27 gebildet, an der der effektive Querschnitt des Rohrstückes 23 auf etwa 1/3 verengt ist.
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Die Rohranordnung 21 ist somit über das dem Siebrohr 25 entfernt liegende Ende des Rohrstückes 23 zur Kammer 11, über die Öffnungen 26 des Siebrohres 25 zur Kammer 13 und über das dem Siebrohr 25 entfernt liegende Ende des Rohrstückes 24 zur Kammer 12 hin offen.
Die Rohranordnung 22 entspricht vom Aufbau her der Rohranordnung 21, ist allerdings gewendet derart montiert, daß das Rohrstück 23 abgedichtet durch die Wand 8 und das Rohrstück 24 abgedichtet durch die Wand 7 hindurchgeführt sind. Die Rohranordnungen 21 und 22 können allerdings einen unterschiedlichen effektiven Strömungsquerschnitt besitzen.
Sämtliche Rohre, Rohrstücke, einschl. der Siebrohre sowie sämtliche Wandungen des AbgasAbgas-Wärmetauschers usw. sind aus korrosionsfestem Stahl hergestellt.
Die Arbeitsweise des Abgas-Wärmetauschers läßt sich, wie folgt, beschreiben:
Die heißen Abgabe strömen über das Rohr 17 in Richtung des Pfeiles A zu und gelangen durch die Öffnungen 18 in die Kammer 12, die die Verteilungskammer für diese Abgase bildet. Ein Großteil der in den Abgasen enthaltenen Wärmeenergie wird hierbei bereits über die Wandung 6, aber auch über die in der Kammer 12 befindlichen Abschnitte der Wärmetauscherrohre 16 an das Wärme transportierende Medium übertragen.
Da der Strömungsquerschnitt der in die Kamemr 12 hineinreichenden Rohrstücke 23 und 24 etwas kleiner ist als der Strömungsquerschnitt des Rohres 17, baut sich in der Kammer 12 ein gewisser Abgasüberdruck auf. Aus der Kammer 12 gelangt der größere Teil des Abgases über das Rohrstück 24 der Rohranordnung 21 in das Siebrohr 25. Ein Großteil dieses Abgasstromes tritt dann an den Öffnungen 26 des Siebrohres 25 der Rohranordnung 21 in die Kammer 13 aus, wo dieses Abgas weiterhin über die sich durch die Kammer 13 erstreckenden Abschnitte der Wärmetauscherrohre 16 Energie an das Wärme transportierende Medium abgibt, bevor das Abgas aus der Kammer 13 in das
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Siebrohr 25 der Rohranordnung 22 eintritt und in die Kammer 11 strömt, die die Abgas-Sammelkammer bildet und aus der das Abgas über das Rohr 20 abgeführt wird. Ein kleinerer Teil des Abgases in der Rohranordnung 21 fließt über die Drossel 27 und das Rohrstück 23 direkt in die Kammer 11, in der ebenfalls vorhandene Abgas-Wärmeenergie über die Wärmetauscherrohre 16 an das Wärme transportierende Medium abgegeben wird. Weiterhin fließt ein Teil des Abgases aus der Kammer 12 über die Drossel 27 der Rohranordnung 22 direkt in das Siebrohr 25 dieser Rohranordnung und dann hauptsächlich über das Rohrstück 24 der Siebanordnung 22 in die Kammer 11.
Durch die beiden Rohranordnungen 21 und 22 mit den Drosseln 27 werden sich teilweise überlagernde Gaswege gebildet, beispielsweise in dem Siebrohr 25 der Rohranordnung 22 für das aus der Kammer 13 in dieses Siebrohr eintretende Gas sowie für das über die Drossel 27 der Rohranordnung 22 strömende Gas, wobei durch die Drossel 27 und die vorausgehenden oder anschließenden Rohrstücke unterschiedliche Strömungsgeschwindigkeiten bzw. Verzögerungen im Abgasfluß erreicht werden und damit Phasenverschiebungen in den Abgasströmen, die (Phasenverschiebungen) dazu führen, daß sich Druckwellen im Abgas gegenseitig auslöschen bzw. in ihrer Amplitude reduzieren, was zu einer verbesserten Dämpfungswirkung beiträgt.
Die Integrierung des Abgas-Wärmetauschers und Schalldämpfers in einem Bauelement hat den Vorteil, daß die für die Schalldämpfung notwendigen Strömungsschikanen und die durch diese Schikanen bedingten Umienkungen des Abgasstromes den Wirkungsgrad bzw. die Wirksamkeit des Bauteils als Abgas-Wärmetauscher verbessern.
Weiterhin lassen sich mit dem kombinierten AbgasAbgas-Wärmetauscher und SchalIdämper auch besonders kleine Baueinheiten realisieren.
Die Neuerung wurde voranstehend an einem Ausführungsbeispiel beschrieben. Es versteht sich, daß Änderungen sowie Abwandlungen möglich sind, ohne daß dadurch der der Neuerung zugrundeliegende Gedanke verlassen wird. So ist es beispielsweise möglich, zwischen den beiden Kammern 11 und 12, die als Sammel- oder
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Verteilungskammer für das zugeführte und abgeführte Abgas dienen, auch zwei oder mehr als zwei Zwischenkammern vorzusehen.
Weiterhin ist es auch möglich, an nur einer Seite des Gehäuses 1 die Kammern zum Zuführen und Abführen des Wärme transportierenden Mediums vorzusehen und/oder anstelle der Wärmetauscherrohre 16 andere Wärmetauscherkanäle bildende Elemente zu verwenden. Weiterhin besteht grundsätzlich auch die Möglichkeit, den Abgaswärmetauscher mit mehreren Gehäusen zu realisieren, wobei dann vorzugsweise in diesen Gehäusen jeweils wenigstens eine Abgaskammer gebildet ist.
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Bezugszeichenliste Gehäuse
Umfangswand
Stirnwand
1 Zwischenwand
2 Kammer
3,4 Einiaß
5-8 Auslaß
9-13 Wärmetauscherrohr
14 Rohr
15 Öffnung
16 Siebrohr
17 Rohr
18 Rohranordnung
19 Rohrstück
20 Siebrohr
21,22 Öffnung
23,24 Drossel
25
26
27
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Claims (13)

Schutzansprüche
1. AbgasAbgas-Wärmetauscher zur Verwendung am Abgasauslaß oder Auspuff einer Brennkraftmaschine, vorzugsweise eines Verbrennungsmotors, mit wenigstens einem an einem Gehäuse (1) vorgesehenen Abgaseinlaß (17) für die heißen Abgase und mit wenigstens einem am Gehäuse (1) vorgesehenen Abgasauslaß (20) für die Abgase sowie mit Wärmetauscherelementen (16), die von einem flüssigen Wärme transportierenden Medium zur Aufnahme von Wärmeenergie aus den Abgasen durchströmbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher zugleich als Schalldämpfer ausgeführt ist und im Inneren des Gehäuses (1) bzw. in wenigstens einer von dem Abgas durchströmten Abgaskammer (11 -13) wenigstens eine Strömungschikane (25, 27) bildet, die im Strömungsweg des Abgases vorgesehen ist und eine Umlenkung des Abgases bewirkt.
2. Abgas-Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Gehäuse (1) wenigstens eine erste Kammer (10) mit einem Einlaß (14) für das Wärme transportierende Medium und wenigstens eine zweite Kammer (9) mit einem Auslaß (15) für das Wärme transportierende Medium sowie wenigstens ein Wärmetauscherelement (16) vorgesehen sind, welches durch die wenigstens eine Abgaskammer (11, 12, 13) hindurchgeführt ist und mindestens einen Kanal für das Wärme transportierende Medium bildet, welcher die erste und zweite Kammer für das Wärme transportierende Medium verbindet.
3. Abgas-Wärmetauscher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmetauscherelement von wenigstens einem Wärmetauscherrohr (16), vorzugsweise von einer Vielzahl von Wärmetauscherrohren (16) gebildet ist.
4. Abgas-Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei Abgaskammern (11 -12) vorgesehen sind, die über Strömungsschikanen (25, 27) für das Abgas in Verbindung stehen.
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5. Abgas-Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Gehäuse (1) eine mit dem Abgaseinlaß (17) in Verbindung stehende erste Abgaskammer (12), eine mit dem Abgasauslaß (20) in Verbindung stehende zweite Abgaskammer (11) und dazwischenliegend wenigstens eine weitere Abgaskammer (13) vorgesehen sind.
6. Abgas-Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmetauscherelemente (16) durch sämtliche
Abgaskammern (11 - 13) hindurchgeführt sind.
7. Abgas-Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsschikanen für die Abgase jeweils von wenigstens einem Durchlaß (23, 24) in einer zwei Abgaskammern (11 -13) voneinander trennenden Zwischenwand (7, 8) gebildet sind, der in wenigstens einer Kammer in einem Siebrohr (25) mündet, welches an seiner Umfangsfläche mehrere
Austrittsöffnugnen (26) aufweist.
8. Abgas-Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsschikane von wenigstens einem Durchlaß in einer Zwischenwand (7, 8) zwischen zwei Abgaskammern (11 - 13) gebildet ist, und daß wenigstens ein Durchlaß eine den wirksamen Strömungsquerschnitt reduzierende Drossel (27) aufweist.
9. Abgas-Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchlässe jeweils von Rohrstücken gebildet sind.
10. Abgas-Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens drei Abgaskammern in einer Achsrichtung (L) aneinander anschließend und durch Zwischenwände (7, 8) voneinander getrennt vorgesehen sind, daß die Abgas-Strömungsschikane von wenigstens zwei Elementen (21, 22) gebildet ist, von denen jedes in der wenigstens einen Abgaskammer (13)
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zwischen den beiden anderen Abgaskammern (11, 12) ein Rohrstück (25) mit wenigstens einer Öffnung (26) aufweist, welches über Strömungsöffnungen (23, 24) jeweils mit wenigstens einer der anderen Kammern (11, 12) in Verbindung steht.
11. Abgas-Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß beide Elemente der Strömungsschikane über Durchlässe mit jeder der beiden anderen Kammern (11, 12) in Verbindung steht, und daß in dem Durchlaß des ersten Elementes zu einer ersten der beiden anderen Kammern eine Drossel (27) und bei dem zweiten Element in dem Durchlaß (23) zu der zweiten äußeren Gaskammer (12) eine Drossel (27) vorgesehen sind.
12. Abgas-Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgas-Einlaß von einem Rohr (17) gebildet äst, welches in einer Abgaskammer (12) mit seiner Austrittsseite einer Wand (6) benachbart liegt, die einen von dem Wärme transportierenden Medium durchströmten Raum oder eine entsprechende Kammer (10) von dieser Abgaskammer (12) trennt.
13. Abgas-Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgas-Auslaß von einem Rohr (20) gebildet ist, welches mit seiner Eintrittsöffnung in einer Abgaskammer (11) angeordnet ist, die durch eine Wand (5) von einem Kanai oder einer Kammer (9) für das Wärme transportierende Medium getrennt ist.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009004940A1 (de) 2009-01-16 2010-07-22 Daimler Ag Vorrichtung zur Führung eines Abgasstromes einer Verbrennungskraftmaschine

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DE102009004940A1 (de) 2009-01-16 2010-07-22 Daimler Ag Vorrichtung zur Führung eines Abgasstromes einer Verbrennungskraftmaschine

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