DE3390066T1 - Abgas-Wärmetauscher - Google Patents

Abgas-Wärmetauscher

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DE3390066T1
DE3390066T1 DE19833390066 DE3390066T DE3390066T1 DE 3390066 T1 DE3390066 T1 DE 3390066T1 DE 19833390066 DE19833390066 DE 19833390066 DE 3390066 T DE3390066 T DE 3390066T DE 3390066 T1 DE3390066 T1 DE 3390066T1
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exhaust gas
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inlet channel
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Mauri Eino Olavi Dipl.-Ing. Laitila Kontu
Ari Jarmo Mikael Uusikaupunki Mikola
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Description

RAUMA-REPOLA OY PCT/PI83/00042
P 33 90 066.3
KAB 2
17. Juli 1984
Abgas-Warmetauscher
Durch die ansteigenden Energiepreise wird immer mehr Aufmerksamkeit auf den Energieinhalt von Abgasen und dessen Nutzbarmachung gerichtet. Aus diesem Grunde sind verschiedene Typen ■ :. 5 von Wärmetauschern entwickelt worden, welche die Wärme von Abgasen ausnutzen. Die Wärmetauscher sind entweder für einen natürlichen Wasserkreislauf oder für eine Zwangsströmung
konstruiert. Gegenwärtig werden z.B. bei einem Großteil von Schiffen Abgas-Wärmetauscher benutzt.
Bekannte Abgas-Wärmetauscher haben entweder ein Feuerrohr
oder ein Wasserrohr. Zumeist werden Wärmetauscher mit Wasserrohren eingesetzt, wegen ihres besseren Heizflächen/Gewichts-Verhältnisses. Die im Einsatz befindlichen Wärmetauscher mit Wasserrohren haben entweder glatte Rohre oder zur Verbesserung der Wärmeübertragung Rippenrohre.
Wärmetauscher sind im allgemeinen entweder rechteckig oder zylindrisch geformt. Wärmetauscher mit glatten Rohren sind normalerweise zylindrisch, weil damit die Herstellung von
wendeiförmigen Wasserrohren einfach ist. Der Wärmetauscher nach der Erfindung ist vorzugsweise dieser Typ.
Die Regelung von Abgas-Wärmetauschern hat Probleme aufgeworfen, weil beispielsweise der Wärmebedarf an Bord eines Schiffes beträchtlich schwankt. Außerdem schwankt auch die Menge der Abgase, je nach Belastung der Maschine. Um eine ausreichende Genauigkeit bei den auf einem Schiff herrschenden Bedingungen zu erreichen, ist bei den derzeit im Gebrauch befindlichen Konstruktionen die Forderung an deren Regeleigenschaften zurückgeschraubt worden. Die Regelung von Abgas-Wärmetauschern auf Schiffen wird im allgemeinen wie folgt durchgeführt:
- Der Wärmetauscher ist in Blöcke aufgeteilt, von denen ein Teil trockengehalten werden kann, wenn der Ausstoß des Wärmetauschers reduziert werden soll. Diese Methode hat den Nachteil, daß die Regelung gestaffelt ist und daß thermische Dehnungen Spannungen im Wärmetauscher hervorrufen.
- Eine Alternative besteht darin, überschüssige Wärme über einen weiteren Wärmetauscher in das Meer zu leiten. Das Verfahren ist zuverlässig, aber teuer, weil zusätzliche Wärmeaustauscherkapazität benötigt wird.
- Ein drittes Regelverfahren besteht darin, Abgase durch einen Bypass zu führen. Dadurch wird nur ein Teil der Abgase durch den Wärmetauscher geleitet.
Der Bypass eines Wärmetauschers ist prinzipiell außerhalb 5 desselben angeordnet, und der den Abgasstrom regelnde Schieber besteht aus zwei Teilen, wobei der eine Teil den Strom in den Wärmetauscher und der andere den in den Bypass regelt. Der Nachteil einer solchen Anordnung besteht darin, daß beide Teile gleichzeitig geschlossen werden können, wodurch der Abgaskanal unbrauchbar wird.
Häufig wird in den Abgaskanal hinter den Wärmetauscher und den Bypass ein Schalldämpfer eingesetzt, durch den eine ausreichende Schalldämpfung auch beim Betrieb des Wärmetauschers
garantiert ist. Dieses System ist teuer, hat einen großen Platzbedarf und es ist schwer, wegen der vielen Einzelteile. Das Ziel der Erfindung ist es, einen neuen, einfacheren und wirtschaftlicheren Abgas-Wärmetauscher anzugeben.
Daher bezieht sich die Erfindung auf einen Abgas-Wärmetauscher, der eine Konvektionszone hat, in der wendelförmig verlaufende Wasserrohre angeordnet sind. Der Wärmetauscher ist hauptsächlich dadurch gekennzeichnet, daß die Konvektionszone ein ringförmiger Raum ist, daß ein Bypass für Abgase in dem von dem ringförmigen Raum umgebenen Zylinder angebracht ist und daß die Wände des Bypass mit einem schallabsorbierenden Material beschichtet sind, so daß der Bypass zugleich als Schalldämpfer wirkt.
Verglichen mit bekannten Wärmetauschern und Schalldämpfern ist der vom Wärmetauscher nach der Erfindung benötigte Platz bedeutend kleiner. So ist z.B. die für das Aggregat benötigte Höhe nur etwa die Hälfte der Höhe, die ein Wärmetauscher und ein Schalldämpfer benötigen, die hintereinander angeordnet sind. Weil sich der Bypass und der Schalldämpfer innerhalb des Wärmetauschers befinden, wird eine bedeutende Reduzierung des Gewichts erreicht. Als stabilisierendes Bauteil wird ein Funkenbrecher eingesetzt, was wiederum das Gesamtgewicht ver-Ϊ... ringert. In dem Wärmetauscher nach der Erfindung wird eine einfache Klappe als Schieber benutzt, welche zuverlässig arbeitet und gute Regeleigenschaften hat.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines bevorzugten, in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert.
Fig. 1 ist eine Seitenansicht des Wärmetauschers. Fig. 2 ist eine Draufsicht auf den Wärmetauscher. Fig. 3 ist ein Längsschnitt durch den Wärmetauscher.
-A-
In Fig. 1 ist das äußere Gehäuse eines Wärmetauschers mit bezeichnet. Die Ziffern Z und 3 kennzeichnen die Einlaß- und die Auslaßöffnung für Abgase. Die Verteilervorrichtungen des Wärmetauschers sind mit 4 bezeichnet und ein Sicherheitsventil hat die Ziffer 5. Der Wärmetauscher hat weiterhin Befestigungsvorrichtungen 6 und eine Druckanzeige 7. Der Schieber 12 für den Bypass wird über einen Antriebsmechanismus 8 betätigt. Wartungsklappen 9 sind oben am Gehäuse 1 angebracht. Im unteren, konisch ausgeführten Teil des Wärmetauschers befindet sich eine Sammelleitung 10, durch welche Waschwasser des Wärmetauschers und das in der Konvektionszone 21 durch Leckage anfallende Wasser herausfließen.
Die Konvektionszone 21, in welcher die wendelförmig verlaufenden Wasserrohre 11 angeordnet sind, ist aus Fig. 3 ersichtlich. Die Konvektionszone 21 ist ringförmig ausgebildet und in dem dadurch gebildeten Zylinder 22 ist ein Bypass 13 für das Abgas angeordnet, der von der Konvektionszone 21 umgeben ist. Der Zylinder 22 ist mit einem schallabsorbierenden Material 16, z.B. Glaswolle, beschichtet, über dem eine Schutzmembran und ein perforiertes Stahlblech 14 angebracht sind. Um die Schalldämpfung zu verbessern, kann innerhalb des Zylinders 22 ein zweiter Zylinder 23 mit einem schallabsorbierenden Material 16 und Schutzabdeckungen 15 angeordnet werden.
Der Schieber 12 des Bypass 13 ist in einem Rohr 20 angeordnet, das sich am oberen Ende des schallgedämpften Bypass befindet. Die Achse des Schiebers 12 ist kurz und die Lager können außerhalb des Wärmetauschers angebracht sein.
Schräggestellte Bleche 17, die am unteren Ende des Bypass angeordnet sind, wirken als Funkensperre. Die Bleche 17 dienen vorzugsweise als Halterungen für den inneren Zylinder 23, und zwar entweder direkt oder, wie aus Fig. 3 er-
sichtlich, über die Schutzabdeckung 15; die letztgenannte Ausführungsform ist in den meisten praktischen Ausführungen stabil genug für die Montage. Die Bleche 17 können aber auch an der Schutzabdeckung 14 oder an dem Zylinder 22 befestigt werden. Ein Einlaßkanal 18 für Abgas endet vor der Funkensperre 17. Er hat einen kleineren Durchmesser als der schallgedämpfte Bypass 13, so daß eine Öffnung 19 zwischen dem Einlaßkanal 18 und der Konvektionszone 21 verbleibt.
Der Wärmetauscher arbeitet wie folgt: Wenn der Schieber 12 offen ist, treten Abgase ausgehend vom Einlaßkanal 18 durch die Funkensperre 17 und den kombinierten Schalldämpfer/ Bypass 13 und entweichen durch die Ablaßöffnung 3. Wenn der Schieber 12 in Richtung der geschlossenen Position gedreht wird, steigt der Strömungswiderstand im Bypass 13 an und ein Teil der Abgase wird durch die Öffnung 19 in die Konvektionszone 21 umgeleitet, die aus den Wasserrohrspiralen 11 besteht. Wenn der Schieber 12 geschlossen ist, gelangt das gesamte Abgas in die Konvektionszone 21. Die Größe der Öffnung 19 zwischen dem Bypass 13 und dem Einlaßkanal wird vom Strömungswiderstand des Abgaskanalsystems und von den Eigenschaften der Maschine bestimmt. Die Öffnung 19 wird so klein wie möglich gehalten, damit der in die Konvektionszone 21 strömende Abgasanteil gering ist, wenn der Bypass offen ist.
Auch dann, wenn der Schieber 12 völlig geschlossen ist, wird durch die Richtungsänderungen der Abgasströmung im unteren Teil des Wärmetauschers und im schallgedämpften. Bypass eine wirksame Schalldämpfung erreicht.
Der obere Teil des Wärmetauschers ist so geformt, daß der Strömungswiderstand im Übergangsbereich vom Bypass 13 zur Konvektionszone 21 so groß ist, daß verhindert wird, daß die Abgase in die falsche Richtung strömen.
Verunreinigungen, die sich an der Funkensperre 17 sammeln, und die beim Reinigen des Wärmetauschers gelockerte Kruste sowie etwaiges Leckwasser gelangen in den unteren, konischen Bereich des Wärmetauschers, aus dem sie durch die Sammelleitung 10 entfernt werden können.
Selbstverständlich kann die Anordnung nach der Erfindung in Einzelheiten verändert werden. Zum Beispiel kann die Funkensperre 17 anders beschaffen sein, der innere Zylinder 2 3 kann aus dem Bypass 13 entfernt werden oder die Strömung des Abgases in die Konvektionszone 21 kann durch eine Drosselklappe unterbunden werden, die die Strömung sowohl zum Bypass als auch zur Konvektionszone verhindert. Die Erfindung ist natürlich auch bei einem rechteckigen Wärmetauscher anwendbar; daher ist die Bezeichnung "ringförmiger Raum" nicht auf einen kreisförmigen Ring beschränkt.

Claims (7)

RAUMA-REPOLA OY PCT/FI83/00042 P 33 90 066.3 KAB 2 17. Juli 1984 Ursprüngliche Ansprüche
1. Abgas-Wärmetauscher mit einer Konvektionszone, in der wendelförmig verlaufende Wasserrohre (11) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet,
. - daß die Konvektionszone (21) als ringförmiger Raum ausgebildet ist,
- daß in einem Zylinder (22), der von dem ringförmigen Raum umgeben ist., ein Bypass (13) angeordnet ist und
- daß die Wände des Bypass (13) mit einem schallabsorbierenden Material (16) beschichtet sind, so daß der Bypass (13) gleichzeitig als Schalldämpfer wirkt.
2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verbesserung der Schalldämpfung ein zweiter Zylinder (23) innerhalb des von dem ringförmigen Raum umgebenen Zylinders (22) angebracht ist, dessen äußere Oberfläche mit schalldämpfendem Material (16) beschichtet ist.
3. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Öffnung (19) zwischen dem Einlaßkanal (18) für das Abgas und der Konvektionszone (21)
so dimensioniert ist, daß sie einen größeren Strömungswiderstand hat als die Öffnung zwischen dem Einlaßkanal (18) und dem Bypass (13), und daß in dem Bypass (13) eine Regeleinrichtung (12) angebracht ist, um sowohl den in die Konvektionszone (21) als auch den in den Bypass (13) gelangenden Abgasstrom zu regeln.
4. Wärmetauscher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaßkanal (18) für das Abgas im wesentlichen konzentrisch zum Bypass (13) angeordnet ist und sich bis in die Nähe der Eintrittsöffnung des Bypass (13) erstreckt und daß der Durchmesser des Einlaßkanals (18) etwas kleiner ist als der innere Durchmesser des Bypass (13), wodurch eine ringförmige Öffnung (19) zwischen dem Einlaßkanal (18) und der Konvektionszone (21) gebildet ist.
5. Wärmetauscher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung (12) des Bypass (13) am Auslaßende (20) desselben angebracht ist.
6. Wärmetauscher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung als Schieber (12) ausgebildet ist, der am Gehäuse (1) des Wärmetauschers angebracht ist.
7. Wärmetauscher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß am Einlaßende des Bypass (13) eine Funkensperre (17) angebracht ist, die vorzugsweise als Halterung für den inneren Zylinder (23) dient.
RAUMA-REPOLA OY PCT/FI83/00042
P 33 90 066.3 KAB 2 17. Juli 1984
Geänderte Ansprüche
feingegangen beim Internationalen Büro am 18. November 1983 (18.11.83); ursprüngliche Ansprüche.1 bis 7 ersetzt durch geänderte Ansprüche 1 bis 4J
5^ 1.JAbgas-Wärmetauscher, bestehend aus einer Konvektionszone (21), in der wendelförmig verlaufende Wasserrohre (11) angeordnet sind und welche als ringförmiger Raum ausgebildet ist, und aus einem Bypass (13) für Abgase, der in einem von der Konvektionszone umgebenen Zylin- \^ 10 der (22) angebracht ist und welcher gleichzeitig als Schalldämper dient, dadurch gekennzeichnet,
- daß die Öffnung (19) zwischen dem Abgas-Einlaßkanal (18) des Wärmetauschers und der Konvektionszone (21) so dimensioniert ist, daß sie einen größeren StrÖmungswiderstand als die Öffnung zwischen dem Einlaßkanal (18) und dem Bypass (13) hat und
- daß am Auslaßende des Bypass (13) eine Regeleinrichtung (12) angeordnet ist, durch welche die Strömung des Abgases sowohl in die Konvektionszone (21) als auch in den Bypass (13) regelbar ist, so daß der Bypass auch dann als Schalldämpfer wirkt, wenn er geschlossen ist.
- ΛΛ -
2. Wärmetauscher nach Anspruch lf dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaßkanal (18) für das Abgas im wesentlichen konzentrisch zum Bypass (13) angeordnet ist und sich bis in die Nähe der Eintrittsöffnung des Bypass (13) erstreckt und daß der Durchmesser des Einlaßkanals (18) etwas kleiner ist als der innere Durchmesser des Bypass (13), wodurch eine ringförmige Öffnung (19) zwischen dem Einlaßkanal (18) und der Konvektionszone (21) gebildet ist.
3. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Regeleinrichtung als Schieber (12) ausgebildet ist, der am Gehäuse (1) des Wärmetauschers angebracht ist.
4. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß am Einlaßende des Bypass (13) eine Funkensperre (17) angebracht ist, die vorzugsweise als Halterung für einen inneren Zylinder (23) dient, der in dem von der Konvektionszone umgebenen Zylinder (22) angeordnet und mit schallabsorbierendem Material beschichtet ist, um den schalldämpfenden Effekt zu erhöhen.
DE19833390066 1982-07-01 1983-06-03 Abgas-Wärmetauscher Withdrawn DE3390066T1 (de)

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