DE3437044C2 - Wärmetauscher zur Nutzung der von einem wassergekühlten Verbrennungsmotor erzeugten Abwärme - Google Patents

Abstract

Ein Wärmetauscher zur Nutzung der von einem wassergekühlten Verbrennungsmotor erzeugten Abwärme, bei dem durch den mit Kühlwasser angefüllten Innenraum eines schalldämmend ausgebildeten Behälters 1, der zum Abkühlen des vom Motor erwärmten Kühlwassers und als Motorkühlwasserreservoir dient, Abgasrohre 2 für die vom Motor erzeugten Abgase und Kühlschlangen 3 für ein über einen Heizkreis geführtes Wärmeübertragungsmittel, durch das das Motorkühlwasser abgekühlt wird, geführt sind (Fig. 2).

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher zur Nutzung der von einem wassergekühlten Verbrennungsmotor erzeugten Abwärme.

Bei bekannten wassergekühlten Verbrennungsmotoren werden für die Kühlwasserkühlung die Abgaskühlung und die Motorgeräuschdämpfung jeweils gesonderte Mittel zum Einsatz gebracht. Die bei der Motorkühlung und der Abgaskühlung sowie der Schalldämpfung vom Motor abgegebene Wärme bzw. Energie wird an die Umgebung abgegeben.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Wärmetauscher zu schaffen, mit dem die bei der Motorkühlung mittels Motorkühlwasser und Kühlung der Motorabgase sowie Schalldämpfung des Motors vom Motor abgeführte Abwärme bzw. Energie der Nutzung z. B. einem Heizkreis zugeführt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß durch den mit Motorkühlwasser gefüllten Innenraum eines schalldämpfend ausgebildeten Behälters, der zum Abkühlen des vom Motor erwärmten Kühlwassers und als Motorkühlwasserreservoir bzw. -ausdehnungsgefäß dient, Abgasrohre für die vom Motor erzeugten Abgase und Kühlschlangen für ein über einen Heizkreis geführtes Wärmeübertragungsmittel, durch das das Motorkühlwasser abgekühlt wird, geführt sind.

Bei der Erfindung erfolgt in vorteilhafter Weise nicht nur eine Nutzung der bei der Motorkühlung und der Kühlung der Motorabgase gewonnenen Abwärme, sondern auch eine Schalldämpfung der Auspuffgeräusche, so daß der Wärmetauscherbehälter wie ein Auspufflopf wirkt Die vorstehenden Wirkungen lassen sich in einem einheitlichen Wärmetauscherbehälter erzielen. Dieser kann anstatt eines sonst üblichen Kühlers an den Motor angeschlossen werden. Das bedeutet, daß auch wassergekühlte Motore, die bereits im Betrieb sind oder im Einsatz sind, mit wenig Aufwand umgerüstet werden können.
Eine vorteilhafte Anwendung findet die Erfindung

ίο insbesondere bei stationären Motoren zum Betrieb von Generatoren für Stromerzeugung, zum Betrieb von Skiliften oder Lastenliften oder zum Betrieb von anderen Arbeitsgeräten, insbesondere in der Landwirtschaft, in Hotels und Schwimmbädern. Die im Wärmetauscher gewonnene Abwärme wird einem Heizkreis zugeführL Es -'.:ann sich hier um einen Wärmespeicher, Wärmepuffer, Heizkessel und Warmwasserbereiter handeln.

Eine kompakte kastenförmige Ausbildung des Behälters für den Wärmetauscher kann dadurch gewonnen werden, daß seitliche Abgaskammern, die durch die Abgasrohre miteinander verbunden sind und denen die Motorabgase zu und von denen die Motorabgase weggeführt werden, durch mit schalldämpfenden Mitteln versehene seitliche Kammerabdeckungen versehen sind. Die durch diese Anordnung gewonnenen seitlichen Abgaskammem wirken als Schalldämmkammern, in die die Abgase des Motors eingeleitet und gekühlt werden und aus denen die Abgase wieder weggeführt werden. Die beiden Schalldämmkammern liegen hierzu bevorzugt an entgegengesetzten Seiten des kastenförmigen Behälters für den Wärmetauscher. Dadurch wird in Verbindung mit der Anordnung der Abgasrohre auch eine leichte Reinigung der Abgasrohre ermöglicht. Der kastenförmige Behälter kann hierzu flach ausgebildet sein, und die beiden Schalldämmkammern bzw. Abgaskammern liegen an den beiden Schmalseiten des kastenförmigen Behälters.

Die seitlichen Kammerabdeckungen für die Schalldämmkammern können innen aufgesetzte Lochbleche oder ähnliche schalldämmende FläcLinabdeckungen aufweisen.

Eine kompakte Anordnung der Kühlschlangen und der Abgasrohre und somit eine vorteilhafte Raumausnutzung des Innenraums des Behälters wird dadurch gewonnen, daß die Kühlschlangen und Abgasrohre parallel zueinander liegen. Sie verlaufen hierzu in bevorzugter Weise bei dem als Flachkasten ausgebildeten Behälter von einer Schmalseite zur anderen Schmalseite.
Der Eintrittsstutzen und der Austrittsstutzen für die Motorabgase können an den seitlichen, insbesondere schmalseitigen Kammerabdeckungen für die Schalldämmkammern bzw. Abgaskammem vorgesehen sein.

Di" Kühlwasserzufuhr zum Motor wird insbesondere durch entsprechende Steuerung einer Pumpe so eingestellt, daß die Betriebstemperatur des Motors eingehalten und nicht überschritten wird und die den Behälter verlassenden Abgase ihren Taupunkt nicht unterschreiten. Das bedeutet, daß das im Innenraum des Behälters befindliche Motorkühlwasser eine Temperatur aufweist, durch die eine Unterschreitung des Taupunktes der Abgase, die aus dem Behälter austreten, vermieden wird. Bevorzugt haben die Abgase am Austrittstutzen eine Temperatur von etwa 90°— 100⁰C. Die in den Behälter eingeleiteten, vom Motor kommenden Abgase haben eine Temperatur von etwa 360° —400° C.

In bevorzugter Weise wird das vom Heizkreis kommende Wärmeübertragungsmittel im Innenraum des Behälters untenliegenden Kühlschlangen zugeführt und

von den obenliegenden Kühlschlangen in den Heizkreis zurückgeführt Dabei wird das vom Motor kommende Kühlwasser oben in das Behälterinnere gebracht und unten zur Kühlung des Motors aus dem Behälter entnommen.

In den Figuren ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Anhand der Figuren wird die Erfindung noch näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 die Draufsicht auf einen Wärmetauscher, der in einem flachkastenförmigen Behälter untergebracht ist;

F i g. 2 die Vorderansicht des in F i g. 1 dargestellten Wärmetauschers mit seitlich abgenommenen Kammerabdeckungen für die Abgaskammern;

F i g. 3 die Kammerabdeckung für die in der F i g. 2 dargestellte linke oder rechte Abgaskammer;

Fig.4 die Kammerabdeckung für die in der Fig.2 dargestellte rechte oder linke Abgaskammer;

F i g. 5 in vergrößerter Darstellung einen Behälterbereich in der Nähe des Abgaseintrittstutzens und

Fig.6 einen Schnitt durch die Anordnung der Kühlschlangen und Abgasrohre im Behältennnereti.

Bei dem in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Wärmetauscher untergebracht in einem flachkastenförmigen Behälter 1. Kühlwasser, welches vom Motor kommt, gelangt durch Wassereinlässe 9 und/oder 10 in das Behälterinnere und füllt dieses im kalten Zustand bis zu einer »Wasserlinie« an. Über der Wasserlinie befindet sich ein Ausdehnungsraum 11 für das sich erwärmende Wasser. Der Behälter 1 ist oben mit einem Kühlerdeckelverschluß 12 versehen, wobei der Verschlußstutzen einen Überlauf 13 (Fig.6) aufweist.

Der Innenraum des Behälters 1, welcher mit dem Motorkühlwasser angefüllt ist, enthält ferner Kühlschlangen 3 zur Führung eines Wärmeübertragungsmittels, das von einem Heizkreis kommt, und, wie insbesondere aus der F i g. 2 zu ersehen ist, den untenliegenden Kühlschlangen im Behälter zugeführt wird und von den obenliegenden Kühlschlangen wieder in den Heizkreis zurückgebracht wird. Die Kühlschlangen befinden sich, wie das insbesondere auch aus der F i g. 6 zu ersehen ist, entlang der Breitseiten des Behälters 1 und erstrecken sich von einer Schmalseite des Behälters zur anderen, an welchen sie dann zur Bildung der Kühlschlangen jeweils umgelenkt sind. Zwischen den Kühlschlangen 3 erstrekken sich parallel zu diesen Abgasrohre 2. Die Abgasrohre 2 verbinden Abgaskammern 4 und 5 an den beiden Schmalseiten des kastenförmigen Behälters 1. Die Abgaskammern 4 und 5, in welche an einem obenliegenden Eintrittstutzen 8 die vom Motor kommenden Abgase eingeleitet werden und ius welchen an einem untenliegenden Austrittsstutzen 8' die Abgase aus dem Behälter herausgeführt werden, erstrecken sich über einen wesentlichen Teil dor Höhe des Behälters 1.

Beim dargestellten Ausführungsbeispiel führt der Eintrittsstutzen 8 für die vom Motor kommenden Abgase in die links liegende Abgaskammer 4 und die abgekühlten Motorabgase werden aus dem an der rechts befindlichen Abgaskammer 5 untenliegenden Austrittsstutzen 8' aus dem Behälter herausgeführt.

Die Abgaskammern 4 und 5 wirken als Schalldämmkammern, wozu beim dargestellten Ausführungsbeispiel die seitlichen Kammerabdeckungen 7 an ihren Rückseiten bzw. Innenflächen schalldämpfende Mittel 6, z. B. in Form von Lochblechen aufweisen, hinter denen noch Stahlwolle odsr ähnliche temperaturfeste schalldämpfende Stoffe angeordnet sein können. Wie aus den Figuren zu ersehen ist, erstrecken sich dre beiden Abgaskammern 4 und 5 im wesentlichen über die gesamte Höhe des Behälters und befinden sich an dessen entgegengesetzt liegenden Schmalseiten. Wie insbesondere auch aus der F i g. 5 zu ersehen ist, bilden die den beiden seitlichen Kammerabdeckungen 7 gegenüberliegenden Wandteile 14 und 15 einen wesentlichen Teil der wasserdichten Seitenwand des Inneraums des Behälters 1. Die Wandteile 14 und 15 sind von den Abgasrohren 2 durchsetzt, welche in die beiden Abgaskammern 4 und 5 münden.

Wie aus der F i g. 6 zu ersehen ist, befinden sich zwischen der Innenwand des Behälters 1 und den Kühlschlangen 3 sowie zwischen den Kühlschlangen 3 und den Abgasrohren 2 Abstandhalter, weiche eine Metall-Metallberührung verhindern. Insbesondere die Abstandhalter 16 zwischen den Kühlschlangen 3 und den Abgasrohren 2 sind so ausgebildet, daß sie eine möglichst ungehinderte Strömung des im Behälter 1 befindlichen Kühlwassers von oben nach unten zulassen. Diese Abstandhalter sind daher bevorzug; gitterförmig ausgebildet. Fühier 17 und IS für einen Thcrriostai dienen zur Temperaturmessung derart, daß der Motor bei einer bestimmten optimalen Betriebstemperatur gehalten wird und diese Temperatur nicht überschritten wird. DiesF· Einstellung kann so erfolgen, daß eine Pumpe, mit der das vom Heizkreis kommende Wärmeübertragungsmittel im Umlauf gehalten wird, entsprechend angesteuert wird. Die Pumpe wird dann eingeschaltet, wenn das Motorkühlwasser die Betriebstemperatur für den Motorbetrieb erreicht hat. Das gekühlte Motorkühlwasser wird dabei über Wasserauslässe 19, 20 an der Unterseite des Behälters 1 dem Motor zugeführt. Dabei wird gleichzeitig gewährleistet, daß die den Austrittsstutzen 8' verlassenden Abgase den Taupunkt der Abgase nicht unterschreiten.

Die Wandungen des Behälters 1 sowie die Abgasrohre 2 bestehen bevorzugt aus rostfreiem Stahl und die Kühlschlangen 3 aus Kupfer. Die Abstandhalter 16 bestehen bevorzugt aus Kunststoff.

Die aus Kupfer bestehenden Kühlschlangen 3 sind Qurch Kunststoffdurchführungen 21 in der Wand des Behälters 1 vor unmittelbarer Berührung mit dem Blech der Behälterwand geschützt. In Buhrungen des Behälterdeckels kann bei aggressiven Zuständen (z. B. verschiedenen Metallen) auch eine Opferanode in das Behälterinnere eingebracht werden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Wärmetauscher zur Nutzung der von einem wassergekühlten stationären Verbrennungsmotor erzeugten Abwärme, dadurch gekennzeichnet, daß durch den mit Motorkühlwasser angefüllten Innenraum eines schalldämpfend ausgebildeten Behälters (1), der zum Abkühlen des vom Motor erwärmten Kühlwassers und als Motorkühlwasserreservoir bzw. -ausdehnungsgefäß dient, Abgasrohre (2) für die vom Motor erzeugten Abgase und Kühlschlangen (3) für ein über einen Heizkreis geführtes Wärmeübertragungsmittel, durch das das Motorkühlwasser abgekühlt wird, geführt sind.

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß seitliche Abgaskammern (4,5) die durch die Abgasrohre (2) miteinander verbunden sind und denen die Motorabgase zu- und von denen die Motorabgase weggeführt sind, durch mit schairdämpfenden wiitteln (6) versehene seitliche Kamrnerabdcckungen (7) versehen sind.

3. Wärmetauscher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die seitlichen Kammerabdeckungen (7) als schalldämpfende Mittel (6) innen aufgesetzte Lochbleche oder ähnliche schalldämpfende Flächenabdeckungen aufweisen.

4. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 —3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlschlangen (3) parallel zu den Abgasrohren (2) im Innenraum des Behälters (1) liegen.

5. Wärmetau'.-her nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß an den Kammerabdeckungen (7) Eintritts- und Austrittsstutzen (8, 8') für die Motorabgase vorgesehen sind.