DE3028955A1

DE3028955A1 - Exhaust gas heat exchanger with outer jacket - through which heated medium esp. water flows after leaving exchanger tube

Info

Publication number: DE3028955A1
Application number: DE19803028955
Authority: DE
Inventors: Michael 8011 Putzbrunn Behncke
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1980-07-30
Filing date: 1980-07-30
Publication date: 1982-03-04

Abstract

An exhaust gas or flue gas heat exchanger comprises a pref. cylindrical casing (12) with hot gas inlet (22) at one end and gas outlet at the other; the fluid to be heated, typically water, flows in a pipe (26) inside this casing; the outlet (34) of this pipe discharges into a jacket (36) fitted around the outside of the casing, and the final outlet from this jacket (42) is at the opposite end from the pipe outlet (34). Pref. the jacket (36) extends over the entire length of the cylindrical casing, the inlet (31) for the cool medium (typically water) is near to the gas inlet (22), and the jacket (36) covers the casing end wall (18) at this end. Not only is insulation rendered unnecessary but additional heat is imparted from the gas to the water as it flows through this jacket space.

Description

Behncke Michael - 3 - 2900-01Behncke Michael - 3 - 2900-01

AbgaswärmetauscherExhaust gas heat exchanger

Die Erfindung betrifft einen Abgaswärmetauscher mit einem von einem wärmeabgebenden Abgas zwischen einem Gaseinlaß und einem Gasauslaß zu durchströmenden Gehäuse und mit einem zwischen einer Einlaßöffnung und einer Auslaßöffnung, welche jeweils die Gehäusewandung durchqueren, im Gehäuseinneren verlaufenden Kanal für ein wärmeaufnehmendes
Strömungsmedium.The invention relates to an exhaust gas heat exchanger with a housing through which a heat-emitting exhaust gas flows between a gas inlet and a gas outlet and with a channel for a heat-absorbing channel running inside the housing between an inlet opening and an outlet opening, each of which traverses the housing wall
Flow medium.

Bei solchen Wärmetauschern strömen die Abgase z.B. mit einer Temperatur in der Größenordnung von 500 C in den Wärmetauscher ein und werden durch Wärmeabgabe an das
wärmeaufnehmende Medium z.B. bis auf etwa 100 G abgekühlt. Vorzugsweise bestehen solche Wärmetauscher aus Edelstahl. Die Gehäusewandung nimmt dabei sehr hohe Temperaturen an und muß deshalb nicht nur zur Vermeidung von Wärmeverlusten, sondern auch aus Sicherheitsgründen von einem
isolierenden Mantel umgeben werden, was einen zusätzlichen Aufwand an Material und Arbeitskraft und damit einen zusätzlichen Kostenfaktor darstellt.In such heat exchangers, the exhaust gases flow into the heat exchanger, for example, at a temperature of the order of 500 C and are transferred to the heat exchanger by heat
heat-absorbing medium cooled down to about 100 G, for example. Such heat exchangers are preferably made of stainless steel. The housing wall takes on very high temperatures and must therefore not only be used to avoid heat loss, but also for safety reasons
insulating jacket are surrounded, which represents an additional cost of material and manpower and thus an additional cost factor.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wärmetauscher der eingangs erwähnten Art so auszugestalten,The invention is based on the object of designing a heat exchanger of the type mentioned at the outset in such a way that

BehnckeBehncke

- 4 - 2900- 4 - 2900

daß die geschilderten Nachteile überwunden werden, daß also das Aufbringen einer Kosten verursachenden Wärmeisolierung entfallen kann und trotzdem sowohl den Sicherheitsbedürfnissen entsprochen, wie auch die Wärmetauscherleistung günstig beeinflußt wird.that the disadvantages outlined are overcome, that is, the application of costly thermal insulation can be omitted and nevertheless both the safety requirements and the heat exchanger performance are met is favorably influenced.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß die Auslaßöffnung an deren einem Ende in eine das Gehäuse zumindest teilweise einhüllende Kammer mündet, nahe deren anderem Ende ein sich nach außen öffnender Auslaßstutzen angeordnet ist.The solution to this problem is that the outlet opening at one end of which opens into a chamber which at least partially envelops the housing, near the other An outwardly opening outlet nozzle is arranged at the end.

Durch diese Lösung wird das wärmeaufnehmende Medium, dessen Ausströmtemperatur verhältnismäßig niedrig, beispielsweise in der Größenordnung von 60 C liegt, aus dem Gehäuse nicht unmittelbar in eine dieses Medium abführende Leitung entlassen, vielmehr umspült dieses eine relativ niedrige Temperatur aufweisende Medium die Gehäusewandung, wobei zusätzliche Wärme von der Gehäusewandung auf das wärmeaufnehmende Medium übertragen wird, während andererseits im Bereich dieser Kammer die Außenfläche des Abgaswärmetauschers nur die Temperatur des in der Kammer befindlichen Strömungsmittels aufweisen wird, so daß eine zusätzliche Isolierung vermieden werden kann, während andererseits keine Gefährdung von der Wärmetauscherwandung ausgeht und zudem eine optimale Energieausbeute erreicht wird.Through this solution, the heat-absorbing medium, the outflow temperature of which is relatively low, for example is in the order of 60 C, not discharged from the housing directly into a line discharging this medium, rather, this medium, which has a relatively low temperature, washes around the housing wall, with additional heat is transferred from the housing wall to the heat-absorbing medium, while on the other hand in the area of this chamber, the outer surface of the exhaust gas heat exchanger only shows the temperature of that in the chamber Will have fluid so that additional insulation can be avoided, while on the other hand none Danger from the heat exchanger wall and also an optimal energy yield is achieved.

Behncke - 5 - 2900Behncke - 5 - 2900

Vorzugsweise ist das Gehäuse etwa zylindrisch ausgebildet, wobei in der einen Zylinderstirnwand der Gaseinlaß und in der anderen Zylinderstirnwand der Gasauslaß angeordnet ist und wobei die Kammer sich zumindest annähernd über die gesamte axiale Länge der Zylindermantelfläche erstreckt. Nach einer besonders vorteilhaften Ausführungsform überdeckt die Kammer auch die mit dem Gaseinlaß versehende Stirnfläche des Gehäuses. Die andere Stirnfläche des Gehäuses weist nur eine relativ niedrige Temperatur auf, so daß es nicht erforderlich ist, auch diese Stirnfläche durch die Kammer nach außen abzuschirmen.Preferably, the housing is approximately cylindrical, with the gas inlet and in one cylinder end wall the gas outlet is arranged in the other cylinder end wall and wherein the chamber extends at least approximately over the entire axial length of the cylinder jacket surface. Covered according to a particularly advantageous embodiment the chamber also the end face of the housing provided with the gas inlet. The other face of the housing has only a relatively low temperature, so that it is not necessary to also use this end face shielding from the outside through the chamber.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen in Verbindung mit der Beschreibung.Further advantageous refinements emerge from the subclaims in conjunction with the description.

Anhand der nun folgenden Beschreibung eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels der Erfindung wird diese näher erläutert.On the basis of the following description of an exemplary embodiment of the invention shown in the drawing this explained in more detail.

Es zeigt:It shows:

Figo 1 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers und1 shows a side view of a heat exchanger according to the invention and

Figo 2 einen Schnitt durch den in Fig. 1 gezeigten Wärmetauscher mit anderer Lage des Auslaßstutzens.2 shows a section through the heat exchanger shown in FIG. 1 with a different position of the outlet connection.

Behncke - 6 - 2900Behncke - 6 - 2900

Der insgesamt mit 10 bezeichnete Wärmetauscher besitzt einen von einem Gehäuse 12 umschlossenen Innenraum 14, welcher dazu bestimmt ist, von einem heißen Abgas durchströmt zu werden. Das Gehäuse 12 besteht aus einem zylindrischen Mantel 16, einer ersten Stirnwand 18 und einer zweiten Stirnwand 20. Koaxial zur Achse des Mantels 16 ist in der Stirnwand 18 ein stutzenförmiger Gaseinlaß 22 und in der Stirnwand 20 ein stutzenförmiger Gasauslaß 24 angebracht.The overall designated 10 heat exchanger has an enclosed by a housing 12 interior 14, which for this purpose is intended to be flowed through by a hot exhaust gas. The housing 12 consists of a cylindrical jacket 16, a first end wall 18 and a second end wall 20. Coaxial to the axis of the jacket 16 is a in the end wall 18 nozzle-shaped gas inlet 22 and in the end wall 20 nozzle-shaped gas outlet 24 attached.

Zur Führung eines wärmeaufnehmenden Mediums, z.B. Wasser, ist ein Kanal 26 vorgesehen, der den Innenraum 14 als spiralige Rohrschlange 28 durchzieht, die dem Mantel 16 benachbart verläuft. Um die heißen Abgase möglichst nahe an der Rohrschlange 28 entlangzuführen, ist in dem von der Rohrschlange 28 umschlossenen Raum ein Verdrängungskörper 30 angeordnet.To guide a heat-absorbing medium, e.g. water, a channel 26 is provided, which the inner space 14 as spiral pipe coil 28 passes through, which runs adjacent to the jacket 16. To get the hot exhaust gases as close as possible to be guided along the pipe coil 28 is a displacement body in the space enclosed by the pipe coil 28 30 arranged.

Die Einlaßöffnung 31 für den Kanal 26 ist an einem radial angeordneten Einlaßstutzen 32 ausgebildet, welcher der den Gaseinlaß 22 aufweisenden Stirnwand 18 benachbart angeordnet isto Nahe der anderen Stirnwand 20 ist im Mantel 16 eine Auslaßöffnung 34 ausgebildet, an welche die Rohrschlange angeschlossen ist und über welche der Kanal 26 das Gehäuse 12 verläßt und sich in einer ringförmigen Kammer 36 fortsetzt, die zwischen dem Mantel 16 und einem Außenmantel ausgebildet ist, der auf das Gehäuse 12 aufgesetzt ist und sich von der Auslaßöffnung 34 bis an die Stirnwand 18 erstreckt, wo sich der Außenmantel 38 unter BeibehaltungThe inlet opening 31 for the channel 26 is formed on a radially arranged inlet port 32, which of the Gas inlet 22 having end wall 18 is arranged adjacent to the other end wall 20 in the jacket 16 is a Outlet opening 34 is formed, to which the pipe coil is connected and through which the channel 26 the housing 12 leaves and continues in an annular chamber 36 between the jacket 16 and an outer jacket is formed, which is placed on the housing 12 and extends from the outlet opening 34 to the end wall 18, where the outer jacket 38 is while maintaining

Behncke - 7 - 2900Behncke - 7 - 2900

seines Abstands vom Mantel 16 mit einer äußeren Stirnwand noch bis zum Gaseinlaß 22 erstreckt, so daß auch die von den einströmenden heißen Abgasen besonders stark erwärmte Stirnwand 18 nach außen abgeschirmt ist und ihre Wärme zusätzlich an das in der ringförmigen Kammer 36 zuströmende Medium abgeben kann.its distance from the jacket 16 with an outer end wall still extends to the gas inlet 22, so that the of the inflowing hot exhaust gases particularly strongly heated end wall 18 is shielded from the outside and its heat can additionally deliver to the medium flowing in the annular chamber 36.

Der Kanal 26 endet in einem Auslaßstutzen 42, der entweder in der äußeren Stirnwand 40 angeordnet ist (Fig. 2) oder aber, falls sich dieser Stutzen in radialer Richtung erstrecken soll, im zylindrischen Abschnitt des Außenmantels 38 der äußeren Stirnwand 40 benachbart (Fig. 1).The channel 26 ends in an outlet connection 42 which is either arranged in the outer end wall 40 (FIG. 2) or but, if this connecting piece is to extend in the radial direction, in the cylindrical section of the outer jacket 38 adjacent to the outer end wall 40 (FIG. 1).

Falls die Anordnung des Auslaßstutzens 42 gem. Fig. 1 gewählt wird, ist es auch möglich, bei einer anderen Bauform den Außenmantel 38 nur im Bereich des Mantels 16 des Gehäuses 12 anzuordnen, nicht jedoch eine äußere Stirnwand 40 vorzusehen, falls die räumlichen Verhältnisse nicht aus Sicherheitsgründen auch eine Abschirmung dieser Stirnwand 18 erfordern,,If the arrangement of the outlet connection 42 according to FIG. 1 is chosen, it is also possible with a different design to arrange the outer jacket 38 only in the region of the jacket 16 of the housing 12, but not an outer end wall 40 to be provided, if the spatial conditions do not also shield this end wall for safety reasons 18 require,

Die durch den Gaseinlaß 22 einströmenden heißen Abgase werden durch den Verdrängungskörper 30 an der Rohrschlange 28 entlanggeführt, wobei sie ihre Wärme überwiegend an das im Kanal 26 strömende Medium, teilweise aber auch an das Gehäuse 12 abgeben. Die abgekühlten Gase verlassen den Wärmetauscher durch den Gasauslaß 24. Das die Rohrschlange 28 verlassende Strömungsmittel strömt entgegen der Gas-The hot exhaust gases flowing in through the gas inlet 22 are attached to the pipe coil by the displacement body 30 28, whereby their heat is mainly transferred to the medium flowing in the channel 26, but also partly to the Release housing 12. The cooled gases leave the heat exchanger through gas outlet 24. That is the coil 28 leaving fluid flows against the gas

Behncke - 8 - 2900Behncke - 8 - 2900

Strömungsrichtung an der Außenfläche des Mantels 16 des Gehäuses 12 zurück, wodurch vom Gas an den Mantel 16 des Gehäuses 12 abgegebene Wärme nun vom Strömungsmittel zusätzlich aufgenommen werden kann. Wenn sich die Kammer 36 im Bereich der Stirnwand 18 fortsetzt, wird auch noch, von dieser Stirnwand 18 Wärme aufgenommen. Der Außenmantel 38 und die äußere Stirnwand 40 nehmen die Temperatur des in ihnen strömenden, wärmeaufnehmenden Mediums an, also eine verhältnismäßig geringe Temperatur, so daß zusätzliche Isolierungsmaßnahmen entfallen können. Entsprechend gering ist die Wärmeabgabe des Wärmetauschers an die Umgebung und entsprechend hoch somit die Leistung des Wärmetauschers.Direction of flow back on the outer surface of the shell 16 of the housing 12, whereby the gas to the shell 16 of the Housing 12 emitted heat can now be additionally absorbed by the fluid. When the chamber 36 continues in the area of the end wall 18, heat is also absorbed by this end wall 18. The outer jacket 38 and the outer end wall 40 take on the temperature of the heat-absorbing medium flowing in them, that is to say a relatively low temperature, so that additional insulation measures can be omitted. Correspondingly low is the heat dissipation of the heat exchanger to the environment and thus the performance of the heat exchanger is correspondingly high.

tr 7tr 7

Claims

DIPLOMINGENIEUR 3078955 HELMUT LAMPRECHT PAT E N TA N WA LT PROFESSIONAL REPRESENTATIVE BEFORE THE EUROPEAN PATENT OFFICE CORNELIUSSTR. 42 D-8OOO MUNICH 5 TEL. O89 / 24 07 75 · TELEX 5 28425 2900-01 Michael Behncke Wernher-von-Braunstr. 8 8011 Putzbrunn exhaust gas heat exchanger

1.) Exhaust gas heat exchanger with one of a heat-emitting exhaust gas between a gas inlet and a gas outlet to be flowed through housing and with one between an inlet opening and an outlet opening, each of which traverse the housing wall, channel running inside the housing for a heat-absorbing flow medium, characterized in that the outlet opening (34) at one end thereof into at least one of the housing (12) partially enveloping chamber (36) opens, near the other end of which an outwardly opening outlet nozzle (42) is arranged.

POST CHECK ACCOUNT MUNICH 03045-80 «(B L Z 7 0 0 1 0 O θ 0 5

DEUTSCHE BANK MUNICH. P RO M E N AD E SPACE, ACCOUNT NO. 19 / 2Ο 594 CBLZ 700 700 10) TELEGRAM ME / CABLES LAWCLSIMS MUENCHEN

Behncke - 2 - 2900

2. Exhaust gas heat exchanger according to claim 1, characterized in that the housing (12) is approximately cylindrical is, wherein in the one cylinder end wall (18) of Gas inlet (22) and in the other cylinder end wall (20) the gas outlet (24) is arranged, and that the chamber (36) extends at least approximately over the entire axial length of the cylinder jacket surface.

3. Exhaust gas heat exchanger according to claim 2, characterized in that the inlet opening (31) through a die Chamber (36) near the gas inlet (22) traversing inlet port (32) is formed.

4. Exhaust gas heat exchanger according to one of the claims

2 or 3, characterized in that the chamber (36) is the end wall (18) of the housing which is provided with the gas inlet (22) (12) covered »

5. Exhaust gas heat exchanger according to claim 4, characterized in that the outlet nozzle (42) from which the with the gas inlet (22) provided end wall (18) of the housing (12) overlapping section of the chamber (36) opens.

6 ο exhaust gas heat exchanger according to one of the preceding Claims, characterized in that the in the housing (12) arranged channel (26) is designed as a pipe coil (28) guided near the housing jacket (26), 'which one the Gas flow close to the housing jacket encloses conductive displacement body (30) »