EP4095365A1 - Exhaust gas heating device for combustion engines, in particular for marine engines - Google Patents
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- EP4095365A1 EP4095365A1 EP22175314.8A EP22175314A EP4095365A1 EP 4095365 A1 EP4095365 A1 EP 4095365A1 EP 22175314 A EP22175314 A EP 22175314A EP 4095365 A1 EP4095365 A1 EP 4095365A1
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Abgaserwärmungsvorrichtung (10), insbesondere für die Abgasnachbehandlung des Abgases von Schiffsmotoren, mit einem Innenrohr (16), das einen Abgas-Einlass (14) und eine Überströmöffnung (24) aufweist, zwischen denen ein Heizkanal (26) gebildet ist, einem Brenner (20), der dem Heizkanal (26) zugeordnet ist, einem Außenrohr (12), das das Innenrohr (16) umgibt, so dass ein Strömungskanal (30) von der Überströmöffnung (24) des Innenrohres (16) zu einem Auslass (18) gebildet ist. Ferner betrifft die Erfindung auch ein Abgasnachbehandlungssystem mit einem Dieselpartikelfilter und einer entsprechenden Abgaserwärmungsvorrichtung (10). The invention relates to an exhaust gas heating device (10), in particular for the exhaust aftertreatment of the exhaust gas from ship engines, with an inner pipe (16) which has an exhaust gas inlet (14) and an overflow opening (24), between which a heating duct (26) is formed , a burner (20) which is assigned to the heating channel (26), an outer tube (12) which surrounds the inner tube (16), so that a flow channel (30) from the overflow opening (24) of the inner tube (16) to a Outlet (18) is formed. The invention also relates to an exhaust gas aftertreatment system with a diesel particle filter and a corresponding exhaust gas heating device (10).
Description
Die Erfindung betrifft eine Abgaserwärmungsvorrichtung, insbesondere für die Abgasnachbehandlung des Abgases von Schiffsmotoren, mit einem Innenrohr, das einen Abgas-Einlass und eine Überströmöffnung aufweist, zwischen denen ein Heizkanal gebildet ist, einem Brenner, der dem Heizkanal zugeordnet ist, und einem Außenrohr, das das Innenrohr umgibt.The invention relates to an exhaust gas heating device, in particular for the exhaust aftertreatment of the exhaust gas from ship engines, with an inner tube that has an exhaust gas inlet and an overflow opening, between which a heating channel is formed, a burner that is assigned to the heating channel, and an outer tube that surrounds the inner tube.
Eine solche Abgaserwärmungsvorrichtung kann dafür verwendet werden, das Abgas einer Verbrennungskraftmaschine zu erwärmen, um dadurch eine nachgeschaltete Abgasnachbehandlungseinrichtung bei einem Kaltstart des Motors in vergleichsweise kurzer Zeit auf Betriebstemperatur zu bringen. Falls es sich bei der Abgasnachbehandlungseinrichtung um einen Partikelfilter handelt, kann mit Hilfe der Abgaserwärmungsvorrichtung eine Regeneration des Partikelfilters angestoßen werden, wenn die Temperatur des Abgases, das den Partikelfilter durchströmt, auf die Entzündungstemperatur der angelagerten Partikel erhöht wird.Such an exhaust gas heating device can be used to heat the exhaust gas of an internal combustion engine in order to bring a downstream exhaust gas aftertreatment device to operating temperature in a comparatively short time when the engine is cold started. If the exhaust gas aftertreatment device is a particle filter, the exhaust gas heating device can be used to initiate regeneration of the particle filter when the temperature of the exhaust gas flowing through the particle filter is increased to the ignition temperature of the deposited particles.
Es sind Abgaserwärmungsvorrichtungen bekannt, bei denen das Abgas mit einem Brenner erhitzt wird. Dabei ragt ein Brennerrohr in eine gerade verlaufende Abgasleitung hinein. Das Abgas und die heißen Brennergase werden mit Hilfe eines Durchlaufmischers verwirbelt. Um ein Überhitzen des Brennerrohrs zu verhindern, wird das kalte Abgas, bevor es erhitzt wird, zum Brennerrohr geleitet, um das Brennerrohr abzukühlen. Der Nachteil solcher Abgaserwärmungsvorrichtungen ist, dass sie relativ viel Bauraum für den Mischungsvorgang benötigen und eine geringe Montageflexibilität aufweisen, da für verschiedene Montagepositionen auch unterschiedliche Bauteile benötigt werden.Exhaust gas heating devices are known in which the exhaust gas is heated with a burner. A burner tube protrudes into a straight exhaust pipe. The exhaust gas and the hot burner gases are swirled with the help of a continuous mixer. In order to prevent the burner tube from overheating, the cold exhaust gas, before being heated, is directed to the burner tube to cool the burner tube. The disadvantage of such exhaust gas heating devices is that they require a relatively large amount of installation space for the mixing process and have little installation flexibility, since different components are required for different installation positions.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Abgaserwärmungsvorrichtung bereitzustellen, die eine kompakte Konstruktion und eine hohe Montageflexibilität aufweist.It is the object of the invention to provide an exhaust gas heating device which has a compact construction and high assembly flexibility.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Abgaserwärmungsvorrichtung, mit einem Innenrohr, das einen Abgas-Einlass und eine Überströmöffnung aufweist, zwischen denen ein Heizkanal gebildet ist, einem Brenner, der dem Heizkanal zugeordnet ist, einem Außenrohr, das das Innenrohr umgibt, so dass ein Strömungskanal von der Überströmöffnung des Innenrohres zu einem Auslass gebildet ist, wobei der Abgas-Einlass, die Überströmöffnung und der Auslass so angeordnet sind, dass die Strömungsrichtung vom Abgas-Einlass zur Überströmöffnung zumindest abschnittsweise entgegengesetzt zur Strömungsrichtung von der Überströmöffnung zum Auslass verläuft. Durch diese ineinander geschachtelte Anordnung wird eine Reihe von Vorteilen erzielt: Der Aufbau ist technisch einfach, führt aber allein durch die Umlenkung zwischen Innenrohr und Außenrohr zu einer guten Verwirbelung und damit einer guten Vermischung von Brenngas und Abgas. Der Abgas-Auslass kann mit geringem Aufwand in unterschiedlichen Positionen angeordnet werden, ohne dass dadurch das Wirkungsprinzip beeinträchtigt wird und ohne dass viele Bauteile modifiziert werden müssen. Durch die Verwendung des Innenrohres ist sichergestellt, dass das Außenrohr keinen Kontakt zur Brennerflamme hat. Daher muss das Außenrohr nicht aus einem hochwarmfesten Material ausgebildet werden, und es können geringere Anforderungen an die Isolierung gestellt werden. Schließlich ist gewährleistet, dass das Innenrohr nicht überhitzt, da es außenseitig von Abgas umströmt und dadurch gekühlt wird.The object is achieved by an exhaust gas heating device, with an inner tube that has an exhaust gas inlet and an overflow opening, between which a heating channel is formed, a burner that is assigned to the heating channel, an outer tube that surrounds the inner tube, so that a flow channel is formed from the overflow opening of the inner pipe to an outlet, the exhaust gas inlet, the overflow opening and the outlet being arranged in such a way that the flow direction from the exhaust gas inlet to the overflow opening runs at least in sections opposite to the flow direction from the overflow opening to the outlet. A number of advantages are achieved by this nested arrangement: The structure is technically simple, but the deflection between the inner and outer tubes alone leads to good turbulence and thus good mixing of the fuel gas and exhaust gas. The exhaust gas outlet can be arranged in different positions with little effort, without affecting the principle of operation and without having to modify many components. Using the inner tube ensures that the outer tube has no contact with the burner flame. Therefore, the outer tube does not have to be formed of a high-temperature-resistant material, and the insulation requirements can be reduced. Finally, it is ensured that the inner tube does not overheat, since exhaust gas flows around it on the outside and is thereby cooled.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist der Brenner so ausgelegt, dass die von ihm erzeugte Flamme kürzer ist als der Abstand vom Brenner zur Überströmöffnung. Dadurch ist gewährleistet, dass allenfalls das Innenrohr mit der Brennerflamme in Kontakt gelangen kann; das dahinterliegende Außenrohr kann keinen direkten Kontakt mit der Brennerflamme haben.In one embodiment of the invention, the burner is designed in such a way that the flame it generates is shorter than the distance from the burner to the overflow opening. This ensures that at most the inner tube can come into contact with the burner flame; the outer tube behind it cannot come into direct contact with the burner flame.
Es kann vorgesehen sein, dass das Innenrohr eine Vorverbrennungskammer aufweist, die sich, von der Überströmöffnung aus betrachtet, in einem größeren Abstand von der Überströmungsöffnung befindet als der Abgas-Einlass, wobei der Brenner an der Vorverbrennungskammer angeordnet ist. Auf diese Weise befindet sich die Flammenwurzel der Brennerflamme außerhalb eines turbulenten Strömungsbereiches am Abgas-Einlass. Zusätzlich wird die Flammenwurzel durch die Vorverbrennungskammer geschützt. Somit ergibt sich eine stabile, ungestörte und gut kontrollierbare Brennerflamme.It can be provided that the inner tube has a pre-combustion chamber which, viewed from the overflow opening, is at a greater distance from the overflow opening than the exhaust gas inlet, the burner being arranged on the pre-combustion chamber. In this way, the flame root of the burner flame is outside of a turbulent flow area at the exhaust gas inlet. In addition, the flame root is protected by the pre-combustion chamber. This results in a stable, undisturbed and easily controllable burner flame.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist ein Drallkörper zum Verwirbeln und Umleiten des Abgases im Strömungskanal vorgesehen. Durch die Verwirbelung wird das Abgas besser mit den heißen Brennergasen gemischt, wodurch ein gleichmäßiges Temperaturprofil am Austritt erzielt wird. Darüber hinaus verbessert der Drallkörper die Strömungsführung des Abgases.In one embodiment of the invention, a swirl body is provided for swirling and redirecting the exhaust gas in the flow channel. Due to the turbulence, the exhaust gas is better mixed with the hot burner gases, which results in an even temperature profile at the outlet. In addition, the swirl body improves the flow of the exhaust gas.
Vorzugsweise ist der Drallkörper unmittelbar nach der Überströmöffnung vorgesehen ist, wobei der Drallkörper an einem vom Brenner abgewandten Endbereich des Außenrohrs befestigt ist. Auf diese Weise hilft der Drallkörper bei der Umlenkung der Strömung und schützt zudem das Ende des Außenrohrs vor direktem Kontakt mit heißen Brennergasen.The swirl body is preferably provided immediately after the overflow opening, with the swirl body being fastened to an end region of the outer tube that faces away from the burner. In this way, the swirler helps to redirect the flow and also protects the end of the outer tube from direct contact with hot burner gases.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung sieht vor, dass zusätzliche Mischelemente im Strömungskanal vorgesehen sind. Somit wird die Mischung der Gase zusätzlich verbessert.A further aspect of the invention provides that additional mixing elements are provided in the flow channel. This further improves the mixing of the gases.
Vorzugsweise sind die Mischelemente einerseits am Innenrohr und andererseits am Außenrohr angebracht. Über die bessere Verwirbelung der Brennergase und des Abgases hinaus dienen die Mischelemente als Abstandshalter zwischen Innenrohr und Außenrohr, was die mechanische Stabilität erhöht.The mixing elements are preferably attached to the inner tube on the one hand and to the outer tube on the other hand. In addition to the improved turbulence of the burner gases and the exhaust gas, the mixing elements serve as spacers between the inner and outer tubes, which increases mechanical stability.
In einer Ausführungsform der Erfindung sind der Drallkörper und die Mischelemente so ausgebildet sind, dass sie einen gleichsinnigen Drall in die Strömung einleiten. Auf diese Weise wird eine besonders vorteilhafte Mischung der Gase erzielt.In one embodiment of the invention, the swirl body and the mixing elements are designed in such a way that they introduce a swirl in the same direction into the flow. A particularly advantageous mixture of the gases is achieved in this way.
Vorzugsweise wird die Strömung nach dem Abgas-Einlass um im Wesentlichen 90° und nach der Überströmöffnung um im Wesentlichen 180° umgelenkt. Dadurch kann ein besonders einfacher und kompakter Aufbau mit einem Strömungsweg erreicht werden, der im Vergleich zu den Außenabmessungen besonders lang ist.The flow is preferably deflected by essentially 90° after the exhaust gas inlet and by essentially 180° after the overflow opening. As a result, a particularly simple and compact structure can be achieved with a flow path that is particularly long compared to the external dimensions.
In einer Ausführungsvariante der Erfindung besteht das Innenrohr zumindest abschnittsweise aus hochwarmfestem Edelstahl. So wird dieses Bauteil trotz direktem Kontakt mit der Brennerflamme vor Überhitzung geschützt.In one embodiment variant of the invention, the inner tube consists at least in sections of high-temperature-resistant stainless steel. In this way, this component is protected from overheating despite direct contact with the burner flame.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung sieht vor, dass das Außenrohr aus herkömmlichem Stahl, Edelstahl oder Kesselblech besteht. So kann hier ein preiswertes Material eingesetzt werden.A further aspect of the invention provides that the outer tube consists of conventional steel, stainless steel or boiler plate. An inexpensive material can be used here.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann ein Flammleitelement innerhalb des Innenrohrs vorgesehen sein. Mit Hilfe des Flammleitelements kann die Brennerflamme zusätzlich geführt und geschützt werden.In a further embodiment of the invention, a flame guide element can be provided within the inner tube. With the help of the flame control element, the burner flame can be additionally guided and protected.
Vorzugsweise erstreckt sich das Flammleitelement von der Vorverbrennungskammer bis in den Bereich des Abgaseinlasses, um die Brennerflamme vor der turbulenten Einlassströmung zu schützen. Dadurch entsteht eine sehr stabile Flamme, die gut kontrolliert werden kann.Preferably, the flame baffle extends from the pre-combustion chamber into the area of the exhaust gas inlet to protect the burner flame from the turbulent inlet flow. This creates a very stable flame that is easy to control.
In einer anderen Ausführungsvariante der Erfindung ist das Flammleitelement ein perforiertes Flammleitrohr. So wird die Brennerflamme besonders gut vor Turbulenzen in der Strömung geschützt und darüber hinaus auf allen Seiten vom Flammleitrohr geführt, was zu einer besonders stabilen Flamme führt.In another embodiment of the invention, the flame guide element is a perforated flame guide tube. In this way, the burner flame is particularly well protected from turbulence in the flow and is also guided on all sides by the flame guide tube, which results in a particularly stable flame.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß auch gelöst durch ein Abgasnachbehandlungssystem mit einem Dieselpartikelfilter und einer Abgaserwärmungsvorrichtung, die mit dem Dieselpartikelfilter strömungsverbunden ist, wobei die Abgaserwärmungseinrichtung ein Innenrohr, das einen Abgas-Einlass und eine Überströmöffnung aufweist, zwischen denen ein Heizkanal gebildet ist, einen Brenner und ein Außenrohr aufweist, das das Innenrohr umgibt, so dass ein Strömungskanal von der Überströmöffnung des Innenrohres zu einem Auslass gebildet ist, wobei die Strömungsrichtung im Heizkanal zumindest abschnittsweise entgegengesetzt zur Strömungsrichtung im Strömungskanal verläuft. Die Vorteile, die zur Abgaserwärmungsvorrichtung diskutiert wurden, gelten selbstverständlich auch für das Abgasnachbehandlungssystem.The object is also achieved according to the invention by an exhaust gas aftertreatment system with a diesel particulate filter and an exhaust gas heating device which is flow-connected to the diesel particulate filter, the exhaust gas heating device having an inner pipe which has an exhaust gas inlet and an overflow opening, between which a heating duct is formed, a burner and a Has outer tube, which surrounds the inner tube, so that a flow channel is formed from the overflow opening of the inner tube to an outlet, wherein the direction of flow in the heating channel is at least partially opposite to the direction of flow in the flow channel. Of course, the advantages that were discussed for the exhaust gas heating device also apply to the exhaust gas aftertreatment system.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung sowie aus den beigefügten Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:
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Fig. 1 eine perspektivische Ansicht der Abgaserwärmungsvorrichtung; -
Fig. 2 einen Längsschnitt durch die Abgaserwärmungsvorrichtung ausFig. 1 ; -
Fig. 3 einen Längsschnitt durch die Abgaserwärmungsvorrichtung ausFig. 1 mit Brennerflamme und angedeuteter Abgasströmung; -
Fig. 4 einen Längsschnitt durch eine zweite Ausführungsform der Abgaserwärmungsvorrichtung mit Flammleitelement und -
Fig. 5 einen Längsschnitt durch eine dritte Ausführungsform der Abgaserwärmungsvorrichtung mit Flammleitrohr.
-
1 a perspective view of the exhaust gas heating device; -
2 a longitudinal section through the exhaust gas heating device1 ; -
3 a longitudinal section through the exhaust gas heating device1 with burner flame and exhaust gas flow indicated; -
4 a longitudinal section through a second embodiment of the exhaust gas heating device with flame guide element and -
figure 5 a longitudinal section through a third embodiment of the exhaust gas heating device with flame guide tube.
Die
Auf der dem Abgas-Einlass 14 entgegengesetzten Seite weist das Außenrohr 12 einen Auslass 18 auf.The
Es ist aber denkbar, dass der Auslass 18 in einem Bereich von 180°, also 90° nach vorne oder 90° nach hinten, am Außenrohr 12 versetzt werden kann, wie es mit Pfeilen in
Des Weiteren ragt aus dem Außenrohr 12 eine Vorverbrennungskammer 22, die am Innenrohr 16 befestigt ist, heraus. An der Vorverbrennungskammer 22 ist ein Brenner 20 befestigt, wobei der Brenner 20 hier als ein Drall-Brenner ausgebildet ist.Furthermore, a
Das Innenrohr 16 und das Außenrohr 12 sind im Wesentlichen konzentrisch zueinander angeordnet und erstrecken sich entlang einer Mittelachse A. Der Abgas-Einlass 14 ist durch einen seitlichen Stutzen gebildet, der hier orthogonal zu Mittelachse A verläuft. Auch der Auslass 18 ist in diesem Ausführungsbeispiel als ein seitlicher Stutzen ausgebildet, der orthogonal zu Mittelachse A verläuft.The
Das Außenrohr 12 umgibt das Innenrohr 16. Dadurch wird ein Strömungskanal 30 zwischen dem Innenrohr 16 und dem Außenrohr 12 gebildet, der mit dem Auslass 18 strömungsverbunden ist (siehe
Das Innenrohr 16 weist hier einen runden Querschnitt auf. Zusammen mit dem Abgas-Einlass 14 und einer später erläuterten Vorverbrennungskammer 22 ist eine im Wesentlichen T-förmige Struktur gebildet.The
Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Mittelachsen der Vorverbrennungskammer 22 und des Innenrohres 16 konzentrisch angeordnet. Die Mittelachse des Abgas-Einlasses 14 erstreckt sich im Winkel von 90° zur Mittelachse der Vorbrennungskammer 22 bzw. des Innenrohres 16.In the exemplary embodiment shown, the central axes of the
Es ist auch möglich, dass die Mittelachse um einen Bereich ± 15° von der gezeigten Ausrichtung abweichen.It is also possible that the central axis may deviate by a range of ± 15° from the orientation shown.
Am vom Brenner 20 abgewandten Ende weist das Innenrohr 16 eine Überströmöffnung 24 auf, sodass zwischen dem Abgas-Einlass 14 und der Überströmöffnung 24 ein Heizkanal 26 gebildet wird, wobei der Heizkanal 26 mit dem Strömungskanal 30 strömungsverbunden ist.At the end facing away from the
Dadurch ergibt sich ein definierter Strömungsweg, der zunächst über den Abgas-Einlass 14 in das Innenrohr 16 und dort vom Brenner 20 weg hin zur Überströmöffnung 24 verläuft. Dort wird der Strömungsweg umgelenkt und verläuft im Strömungskanal 30 parallel zurück und endet dann im Auslass 18.This results in a defined flow path, which initially runs via the
An der Überströmöffnung 24 können noch zusätzliche Elemente angebracht oder vorzugsweise eingearbeitet sein. So ist es denkbar, dass das Innenrohr 16 im Bereich der Überströmöffnung 24 z.B. Schrägen aufweist, die nach außen oder innen gerichtet sind.Additional elements can also be attached or preferably incorporated into the
Am linken Teil des Innenrohrs 16 ist die Vorverbrennungskammer 22 befestigt, wobei an der Vorverbrennungskammer 22 wiederrum der Brenner 20 angebracht ist. Die Vorverbrennungskammer 22 ragt dabei aus einer Öffnung des Außenrohrs 12 heraus. Somit ist der Brenner 20 leicht von außen zugänglich und kann einfach ausgetauscht werden.The
Die Vorverbrennungskammer 22 befindet sich somit, von der Überströmöffnung 24 aus betrachtet, in einem größeren Abstand von der Überströmöffnung 24 als der Abgas-Einlass 14, da die Vorverbrennungskammer 22 am linken Teil des Innenrohrs 16 angebracht ist.The
Die Vorverbrennungskammer 22 weist in der gezeigten Ausführungsform einen runden Querschnitt auf, wobei auf einer der Überströmöffnung 24 abgewandten Seite eine Öffnung für den Brenner 20 vorhanden ist.In the embodiment shown, the
Am Außenrohr 12 ist, auf der dem Brenner 20 abgewandten Seite, ein Drallkörper 28 befestigt. Der Drallkörper ist unmittelbar nach der Überströmöffnung 24 angeordnet. In der gezeigten Ausführungsform ist der Drallkörper 28 konzentrisch zur Überströmöffnung 24 angebracht. Es ist aber auch denkbar, dass der Drallkörper 28 radial versetzt befestigt wird.A
Der Drallkörper 28 weist hier einen kegelförmigen Grundkörper mit mehreren gebogenen Schaufeln auf, die sich aus der Mitte des Drallkörpers 28 bis auf den projizierten Durchmesser der Überströmöffnung 24 erstrecken.The
Im Strömungskanal 30 sind zusätzliche Mischelemente 32 angeordnet. Diese sind einerseits am Außenrohr 12 und andererseits am Innenrohr 16 befestigt und bilden somit unter anderem einen Abstandshalter zwischen Außenrohr 12 und Innenrohr 16. Die Mischelemente 32 können als gerade oder gebogene Bleche ausgebildet sein.
Im Folgenden wird anhand der
Das Abgas, z.B. das Abgas eines Dieselmotors, strömt durch den Abgas-Einlass 14 ein und wird dann beim Eintritt in den Heizkanal 26 um 90° umgelenkt. Im Heizkanal 26 trifft das Abgas auf die Brennerflamme 34, die vom Brenner 20 erzeugt wird. Das Abgas wird durch die Brennerflamme 34 und die heißen Brennergase erhitzt und vermischt, wodurch ein Gasgemisch entsteht.The exhaust gas, e.g. the exhaust gas of a diesel engine, flows in through the
Danach strömt das Gasgemisch weiter im Heizkanal 26 in Richtung der Überströmöffnung 24, wo der Heizkanal 26 endet. Nach der Überströmöffnung 24 trifft das Gasgemisch auf den Drallkörper 28, der das Gasgemisch in den Strömungskanal 30 um 180° umleitet und in einen Drall versetzet, um die Mischung der Gase zu verbessern. Die Umkehrung der Strömungsrichtung um 180° hilft dabei zusätzlich bei der Mischung der Gase.The gas mixture then continues to flow in the
Zusätzlich dazu ist der Brenner 20 als ein Drall-Brenner ausgebildet, um bereits vom Brenner 20 aus einen Drall in die Strömung einzuleiten.In addition to this, the
Es kann vorgesehen sein, dass auch an der Überströmöffnung 24 hier nicht dargestellte Elemente eingearbeitet sind, die zur Mischungsverbesserung dienen. Dies können z.B. Schrägen an der Überströmöffnung 24 sein, die nach innen oder außen gerichtet sind, um einen zusätzlichen Drall in die Strömung einzuleiten.Provision can also be made for elements not shown here to be incorporated into the
Im Strömungskanal 30 sind weitere Mischelemente 32 vorgesehen, um die Mischung der Gase weiterhin zu verbessern, sodass am Austritt 18 ein gleichmäßiges Temperaturprofil im Gasgemisch vorliegt.Further mixing
Vorzugsweise sind die Mischelemente 32 und der Drallkörper dabei so ausgebildet, dass sie einen gleichsinnigen Drall in die Strömung einleiten, da sich herausgestellt hat, dass so eine besonders vorteilhafte Mischung der Gase erzielt werden kann.The mixing
Im Strömungskanal 30 strömt das bereits erhitzte Gasgemisch über die heiße Außenwand des Innenrohrs 16. Dadurch wird das Gasgemisch weiter erwärmt und entsprechend das Innenrohr 16 gekühlt.In the
Bis zum Auslass 18, an dem die Strömung nochmal um 90° umgelenkt wird, wird das Gasgemisch auf eine Temperatur erhitzt, die über der Reaktionstemperatur der Partikel liegt, die sich in einem nicht dargestellten nachgeschalteten Dieselpartikelfilter angesammelt haben. Diese Partikel können somit aus dem Dieselpartikelfilter gebrannt werden, wodurch dieser regeneriert wird.Up to the
Um die Flammenwurzel 36 vor Strömungsturbulenzen in einem Turbulenzbereich 38 am Abgas-Einlass 14 zu schützen, weist die Vorverbrennungskammer 22, von der Überströmöffnung 24 aus betrachtet, einen größeren Abstand zu Überströmöffnung 24 auf als der Abgas-Einlass 14. Die Flammenwurzel 36 wird zusätzlich durch die Vorverbrennungskammer 22 an sich geschützt. Somit wird eine besonders stabile und gut kontrollierbare Brennerflamme 34 ermöglicht.In order to protect the
Der Brenner 20 ist dabei so ausgelegt, dass die von ihm erzeugte Brennerflamme 34 kürzer ist als der Abstand vom Brenner 20 zu Überströmöffnung 24. Dies kann z.B. über das Verhältnis von Brennstoff zu Umgebungsluft eingestellt werden, die im Brenner angesaugt wird. Auch die Geschwindigkeit des durch das Innenrohr 16 strömenden Abgases hat einen Einfluss. Anders ausgedrückt ist das Innenrohr 16 länger als die Brennerflamme 34, wodurch vermieden wird, dass der Drallkörper 28 und das dahinterliegende Ende des Außenrohrs 12 direkten Flammenkontakt haben.The
Aufgrund des direkten Flammenkontakts und der hohen Temperaturen von bis zu 1500° C im Heizkanal 26 besteht das Innenrohr 16 zumindest abschnittsweise aus hochwarmfestem Edelstahl, um eine Beschädigung durch Überhitzung zu vermeiden. Auch der Drallkörper 28 kann dabei aus einem solchen Material bestehen, um das dahinterliegende Außenrohr 12 zusätzlich zu schützen. Das Innenrohr 16 kann aber auch komplett aus hochwarmfestem Edelstahl bestehen.Due to the direct flame contact and the high temperatures of up to 1500° C. in the
Das Innenrohr 16 und der Drallkörper 28 schützen das Außenrohr 12 vor direktem Flammenkontakt. Daher kann das Außenrohr 12 aus einem Material bestehen, dass geringere Anforderungen an Hitzebeständigkeit aufweist als das Material des Innenrohrs 16. Deshalb kann das Außenrohr 12 z.B. aus Kesselblech oder herkömmlichen Edelstahl, wie V2A oder V4A, bestehen. Zusätzlich werden außenliegende Hitzestellen vermieden, die zu Isolierungsproblemen führen können.The
Durch die Strömungsumkehrung um im Wesentlichen 180°, kombiniert mit der verschachtelten Anordnung von Außenrohr 12 und Innenrohr 16 wird eine besonders kompakte Abgaserwärmungsvorrichtung 10 mit einem sehr guten Mischverhalten bereitgestellt. Darüber hinaus weist die Abgaserwärmungsvorrichtung 10 durch Strömungsumkehrung ein besonders vorteilhaftes Kühlungsprinzip des Innenrohrs 16 auf, wobei das Innenrohr durch das bereits erhitzte Gasgemisch gekühlt wird. Des Weiteren ist die Abgaserwärmungsvorrichtung 10 aufgrund der flexiblen Position des Auslasses 18 besonders montagefreundlich und flexibel in der Ausführung.The reversal of flow by essentially 180°, combined with the nested arrangement of
In
Das Grundprinzip der Abgaserwärmungsvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform entspricht dem der ersten Ausführungsform. Daher werden nachfolgend lediglich die Unterschiede erläutert.The basic principle of the exhaust gas heating device according to the second embodiment is the same as that of the first embodiment. Therefore, only the differences are explained below.
Bei der zweiten Ausführungsform ist ein Flammleitelement 40 am Innenrohr 16 vorgesehen. Das Flammleitelement 40 ist hier als einfaches Blech ausgebildet und ragt bis in den Bereich des Abgas-Einlasses 14 in den Heizkanal 26 hinein.In the second embodiment, a
Das Flammleitelement 40 schützt die Brennerflamme 34 vor Strömungsturbulenzen und schirmt die Brennerflamme 34 teilweise von der Einlassströmung ab.The
In
Bei der Abgaserwärmungsvorrichtung 10 gemäß der dritten Ausführungsform bilden das Innenrohr 16 und der Abgas-Einlass 14 zusammen ein im Wesentlichen L-förmiges Rohr. Auf der der Überströmöffnung 24 entgegengesetzten Seite weist das Innenrohr 16 eine Öffnung auf durch die das Flammleitelement 40 in den Heizkanal 26 hineinragt.In the exhaust
Das Flammleitelement 40 ragt dabei bis in einen Bereich des AbgasEinlasses 14 in den Heizkanal 26 und ist als ein Flammleitrohr ausgebildet. Das Flammenleitrohr kann dabei auch perforiert sein.The
Das Flammleitelement 40 dient auch hier als zusätzlicher Schutz der Brennerflamme 34 und schirmt diese von Strömungsturbulenzen im Bereich das Abgas-Einlasses 14 ab.The
Durch die Perforierung des Flammleitrohrs wird ein guter Kompromiss zwischen dem Schutz der Brennerflamme 34, Erhitzung des Abgases und Sauerstoffeinbringung in die Flamme erzielt.The perforation of the flame guide tube achieves a good compromise between protecting the
Claims (15)
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102021113761.6A DE102021113761A1 (en) | 2021-05-27 | 2021-05-27 | Exhaust gas heating device for internal combustion engines, in particular for ship engines |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
EP4095365A1 true EP4095365A1 (en) | 2022-11-30 |
Family
ID=81850388
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
EP22175314.8A Pending EP4095365A1 (en) | 2021-05-27 | 2022-05-25 | Exhaust gas heating device for combustion engines, in particular for marine engines |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US2918117A (en) * | 1956-10-04 | 1959-12-22 | Petro Chem Process Company Inc | Heavy fuel burner with combustion gas recirculating means |
EP2713022A1 (en) * | 2012-05-25 | 2014-04-02 | Hino Motors, Ltd. | Burner for exhaust gas purification device |
US20140237999A1 (en) * | 2013-02-27 | 2014-08-28 | Tenneco Automotive Operating Company Inc. | Exhaust Aftertreatment Burner With Preheated Combustion Air |
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2021
- 2021-05-27 DE DE102021113761.6A patent/DE102021113761A1/en active Pending
-
2022
- 2022-05-25 EP EP22175314.8A patent/EP4095365A1/en active Pending
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US2918117A (en) * | 1956-10-04 | 1959-12-22 | Petro Chem Process Company Inc | Heavy fuel burner with combustion gas recirculating means |
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US20140237999A1 (en) * | 2013-02-27 | 2014-08-28 | Tenneco Automotive Operating Company Inc. | Exhaust Aftertreatment Burner With Preheated Combustion Air |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE102021113761A1 (en) | 2022-12-01 |
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