DE3140113A1

DE3140113A1 - Exhaust-gas heat exchanger, in particular for a heat pump operated by an internal-combustion engine

Info

Publication number: DE3140113A1
Application number: DE19813140113
Authority: DE
Inventors: Werner 3124 Meine Engeler; Gerhard Ing. Schulz (grad.), 3180 Wolfsburg; Bernd Dipl.-Ing. 3180 Wolfburg Wiedemann
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1981-10-09
Filing date: 1981-10-09
Publication date: 1983-04-28

Abstract

For the purpose of avoiding undesired impairment of the efficiency of an exhaust-gas heat exchanger due to deposits of soot, there is arranged, seen in the flow direction, upstream of a helical coil (coiled tubing) (3) through which the exhaust gases flow, but inside this helical coil, an exhaust gas soot filter (5) which, for the purpose of cleaning, is subjected briefly to exhaust gases at high temperature, as a result of which there is, in a manner supported by the arrangement of the filter (5) inside the helical coil (3), a brief temperature increase even in the exhaust gas soot filter (5), and soot is removed as a result. <IMAGE>

Description

Abqas-Wärmetauscher. insbesondere für eine Abqas heat exchanger. especially for one

ver rennunqsmotorisch betriebene Wärmepumpe Die Erfindung betrifft einen Abgas-Wärmetauscher gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. heat pump operated by a racing engine The invention relates to an exhaust gas heat exchanger according to the preamble of claim 1.

Bei derartigen Wärmetauschern tritt die Gefahr einer Verschmutzung der vom Abgas durchsetzten Rohranordnung auf, wodurch der Abgasgegendruck in unerwünschter Weise vergrößert und die Wärmeübertragung vom Abgas auf ein die Rohranordnung umgebendes aufzuheizendes Medium, beispielsweise Wasser, erheblich verschlechtert werden.With heat exchangers of this type, there is a risk of contamination the pipe arrangement penetrated by the exhaust gas, whereby the exhaust gas back pressure in undesirable Way enlarged and the heat transfer from the exhaust gas to a surrounding the pipe arrangement Medium to be heated, for example water, are considerably impaired.

Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, einen Abgas-Wärmetauscher der bezeichneten Art so auszubilden, daß durch leicht regenerierbare Mittel der Verrußung der vom Abgas durchsetzen Rohranordnung entgegengewirkt wird.The invention is accordingly based on the object of an exhaust gas heat exchanger the designated type so that by easily regenerable means of Sooting of the pipe arrangement prevailing from the exhaust gas is counteracted.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht in den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1.The inventive solution to this problem consists in the characterizing Features of claim 1.

Die Erfindung erschöpft sich mithin nicht in dem Vorsehen eines Abgasrußfilters schlechthin, sondern verlangt auch eine spezielle Anordnung desselben, nämlich innerhalb der von den Abgasen durchströmten Rohrwendel, wodurch in vorteilhafter Weise das Abgasrußfilter in Strahlungsaustausch nicht mit der Umgebung, sondern Teilen des Wärmetauschers steht. Dies wiederum bringt nicht nur Vorteile hinsichtlich des Wirkungsgrads des Wärmetauschers, sondern sorgt auch für eine relativ hohe Temperatur im Abgasrußfilter, wodurch wiederum die Reinigung desselben durch kurzzeitige exotherme Vorgänge begünstigt wird. Hierzu können gemäß Patentanspruch 3 dem Abgasrußfilter Sensoren zugeordnet sein, die eine Druck-, Temperatur- oder Mengenmessung in Strömungsrichtung vor bzw. in dem Abgasrußfilter vornehmen oder die -beispielsweise unter Verwenduhg von Fotozellen- eine Schwärzungsmessung von Wänden des Abgasrußfilters vornehmen.The invention is therefore not limited to the provision of an exhaust soot filter par excellence, but also requires a special arrangement same, namely within the coiled tubing through which the exhaust gases flow, which is advantageous Way the exhaust soot filter in radiation exchange not with the environment, but Parts of the heat exchanger. This in turn not only brings advantages in terms of the efficiency of the heat exchanger, but also ensures a relatively high temperature in the exhaust soot filter, which in turn means that it is cleaned by brief exothermic effects Operations is favored. For this purpose, according to claim 3, the exhaust soot filter Be assigned sensors that measure pressure, temperature or quantity in the direction of flow in front of or in the exhaust soot filter or the -for example using of photocells - to measure the blackening of the walls of the exhaust soot filter.

Werden durch diese Sensoren Signale erzeugt, die einen vorgegebenen Verschmutzungsgrad des Abgasrußfilters anzeigen, so erfolgt beispielsweise durch kurzzeitige Erhöhung der Drehzahl des Verbrennungsmotors, dessen Abgase dem Wärmetauscher zugeführt werden, eine Erhöhung der Temperatur der Abgase, die zu einer Verbrennung des niedergeschlagenen Rußes führt. Eine solche Temperaturerhöhung kann auch durch Vergrößerung des Abgasgegendrucks in Strömungsrichtung hinter dem Filter, durch Verlegung des Zündzeitpunkts der Maschine in Richtung später oder durch Verringerung der Ansaugluftmenge erreicht werden.Are these sensors generated signals that a predetermined Show the degree of pollution of the exhaust soot filter, for example by Brief increase in the speed of the internal combustion engine, its exhaust gases to the heat exchanger are supplied, an increase in the temperature of the exhaust gases leading to combustion of the precipitated soot. Such a temperature increase can also be caused by Increase of the exhaust back pressure in the direction of flow behind the filter Shifting the ignition timing of the machine towards later or by reducing it the intake air volume can be achieved.

Patentanspruch 2 schützt eine Ausführungsform der Erfindung, die im Hinblick auf Montage und Demontage, also auch im Hinblick auf den Austausch, des Abgasrußfilters besonders vorteilhaft ist.Claim 2 protects an embodiment of the invention in With regard to assembly and disassembly, i.e. also with regard to replacement, des Exhaust soot filter is particularly advantageous.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung erläutert, die einen axialen Schnitt durch den'Wärmetauscher wiedergibt.An embodiment of the invention is described below with reference to the Drawing explained, which reproduces an axial section through the heat exchanger.

Zwischen dem Wärmetauscher-Gehäuse 1 und dem topfartigen Zwischengehäuse 2 befindet sich die in der Zeichnung von oben nach unten vom Abgas durchströmte Rohrwendel 3, die mit dem Abgaseinlaß 4 über das Abgasrußfilter 5 sowie mit ihrem anderen Ende direkt mit dem Abgasauslaß 6 in Verbindung steht. Der Zwischenraum zwischen den beiden Gehäusen 1 und 2 wird von aufzuheizendem Wasser durchströmt, und zwar vom untenliegenden Einlaßstutzen 7 in Richtung auf den obenliegenden Auslaßstutzen 8, d.h. entgegen der Strömungsrichtung der Abgase in der Rohruiendel 3. Die Stutzen 7 und 8 sind gegenüber ihrer tatsächlichen Anordnung um 900 verdreht gezeichnet.Between the heat exchanger housing 1 and the pot-like intermediate housing 2 is the one in the drawing from top to bottom through which the exhaust gas flowed Coiled tubing 3, which is connected to the exhaust gas inlet 4 via the exhaust soot filter 5 as well as with its the other end is directly connected to the exhaust outlet 6. The gap between the two housings 1 and 2 is from water to be heated flows through, from the inlet port 7 below in the direction of the overhead Outlet connection 8, i.e. against the direction of flow of the exhaust gases in the pipe cone 3. The connection pieces 7 and 8 are rotated by 900 in relation to their actual arrangement drawn.

Das Rußfilter 5 ist bei 9 an dem abnehmbaren Gehäusedeckel 10 befestigt und innerhalb des Zwischengehäuses 2 axial verschiebbar gehalten, so daß beim Abnehmen des Gehäusedeckels 10 auch ein Herausziehen des Rußfilters 5 erfolgt und dieser leicht ausgetauscht werden kann.The soot filter 5 is attached to the removable housing cover 10 at 9 and held axially displaceably within the intermediate housing 2, so that when removed of the housing cover 10 also a pulling out of the soot filter 5 takes place and this can be easily exchanged.

In der Abgas-Einlaßleitung ist in diesem Ausführungsbeispiel ein Drucksensor 11 angeordnet, der bei einem Anstieg des Drucks, der sich bei einem vorbestimmten Verschmutzungsgrad des Rußfilters 5 einstellt, über die Leitung 12 ein Signal an eine nicht dargestellte, den Wärmetauscher mit Abgas speisende Brennkraftmaschine zur kurzzeitigen Erhöhung ihrer Drehzahl liefert. Durch diese Drehzahlerhöhung tritt -unterstützt durch die Anordnung des Abgasrußfilters 5 innerhalb der abgasdurchflossenen Rohruiendel 3- eine Erhöhung der Temperatur im Abgasrußfilter 5 auf, die zu einem Verbrennen der.Rußablagerungen und damit zu einer selbsttätigen Reinigung des Filters führt. Dies setzt natürlich eine hoch temperaturfeste Ausbildung des Filters 5 voraus, d.h. die Verwendung von Keramik-, Sinter- oder Stahlwolle, während bei diesen Temperaturen schmelzende Mineralfasern ausscheiden.In this exemplary embodiment, there is a pressure sensor in the exhaust gas inlet line 11 arranged, which at an increase in pressure, which is at a predetermined The degree of pollution of the soot filter 5 is set, a signal is sent via the line 12 an internal combustion engine, not shown, feeding the heat exchanger with exhaust gas supplies to briefly increase their speed. This increase in speed occurs -supported by the arrangement of the exhaust soot filter 5 within the exhaust gas flow Rohruiendel 3- an increase in the temperature in the exhaust soot filter 5, which leads to a Burning of the soot deposits and thus an automatic cleaning of the filter leads. This of course requires a high temperature-resistant design of the filter 5, i.e. the use of ceramic, sintered or steel wool while at these temperatures Eliminate melting mineral fibers.

Verständlicherweise macht sich das Abgasrußfilter außer hinsichtlich der Erhaltung eines guten Wirkungsgrads des Wärmetauschers auch bezüglich der Emissionsreduzierung der mit dem Wärmetauscher ausgerüsteten Anlage, beispielsweise einer Wärmepumpe, günstig bemerkbar.Understandably, the exhaust soot filter makes itself except in terms of the maintenance of a good efficiency of the heat exchanger also with regard to the emission reduction the system equipped with the heat exchanger, for example a heat pump, positively noticeable.

Claims

PATENT CLAIMS Exhaust gas heat exchanger, especially for an internal combustion engine operated heat pump, characterized in that within one of the exhaust gases A high temperature-resistant exhaust soot filter (5) is arranged through the coiled tubing (3) is, the flow to mix an exhaust gas inlet (4) of the heat exchanger and the Coiled tubing (3) is switched.

2. Heat exchanger according to claim 1, characterized in that the Exhaust soot filter (5) on a cover (10) of the heat exchanger housing which also supports the exhaust gas inlet (4) (1) attached and in a pot-like intermediate housing surrounded by the coiled tubing (3) (2) is mounted so that it can be pulled out.

3. Heat exchanger according to claim 1 or 2, characterized in that the exhaust soot filter (5) is assigned sensors (11) for detecting its degree of pollution are the signals to the exhaust gas generator at a given degree of pollution for a short-term increase in the exhaust gas temperature.

4. Heat exchanger according to claim 3, characterized in that the Signals increase the speed of the exhaust gas generator.