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Dokumentenidentifikation DE19623108A1 11.12.1997
Titel Abgaswärmetauscher
Anmelder Weigel, Konrad, 92342 Freystadt, DE
Erfinder Weigel, Konrad, 92342 Freystadt, DE
DE-Anmeldedatum 10.06.1996
DE-Aktenzeichen 19623108
Offenlegungstag 11.12.1997
Veröffentlichungstag im Patentblatt 11.12.1997
IPC-Hauptklasse F02G 5/02
IPC-Nebenklasse F28D 7/00   F28D 21/00   
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft einen Abgaswärmetauscher mit einem Innenraum zur Abgasführung, in dem ein Abgasführungseinsatz vorgesehen ist, der relativ zur Wand des Innenraums beweglich ist. Der Abgaswärmetauscher ist körperschalleitend mit einer Schwingungsquelle verbunden und der Abgasführungseinsatz in dem Innenraum ist in allen Richtungen beweglich.

Beschreibung[de]

Die Erfindung geht aus von einem Abgaswärmetauscher nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Bei Blockheizkraftwerken wird ein Stromgenerator von einem Verbrennungsmotor angetrieben, so daß durch die eingesetzte Energie sowohl elektrischer Strom als auch Wärme erzeugt wird. Die Wärmeenergie wird dem Kühlwasser und den Verbrennungsabgasen entzogen. Hierzu ist ein Abgaswärmetauscher vorgesehen, der über ein Abgasrohr mit dem Verbrennungsmotor verbunden ist.

Hauptsächlich bei Motoren, die mit schwer verdampfbaren Ölen betrieben werden, enthalten die Abgase Partikel, die sich leicht an den Innenwänden eines Abgaswärmetauschers anlegen. Dieser muß daher des öfteren geöffnet und gereinigt werden. In der DE-OS 30 22 270 ist ein entsprechender Abgaswärmetauscher gezeigt, bei dem in einer liegenden Tauscherröhre ein Leiteinsatz locker eingebracht ist. Zum Reingen muß dieser Leiteinsatz entnommen und danach wieder eingesetzt werden.

Die DE-OS 43 25 193 offenbart einen Wärmetauscher, bei dem für den Reinigungsvorgang kein zusätzliches Werkzeug benötigt wird. Der Abgasleiteinsatz ist hier so dimensioniert, daß seine Außenkontur fest an der Innenwand des Wärmetauschers anliegt. So werden gleichzeitig mit dem Herausziehen des Leiteinsatzes an der Innenwand anhaftende Partikel abgeschabt und aus dem Abgaskanal herausbefördert.

Es war die Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Abgaswärmetauscher so auszubilden, daß auch bei der Verbrennung schwer verdampfbarer Öle die Häufigkeit der Reinigungshandlungen stark vermindert oder ganz vermieden werden kann.

Gelöst wird die Aufgabe durch einen Abgaswärmetauscher mit den kennzeichnenden Merkmalen von Anspruch 1. Durch die Verbindung des Abgaswärmetauschers mit der Schwingungsquelle wird dieser in eine starke Vibration versetzt. Da der Abgasführungseinsatz so dimensioniert ist, daß er sich in alle Richtungen bewegen kann, folgt er den Stößen, die er jeweils von den Innenwänden erhält, bis er von einer gegenüberliegenden Innenwand wieder abgebremst wird und den nächsten Stoß in eine andere Richtung erhält. Die Schwingungen wirken sowohl in horizontaler als auch in vertikaler Richtung. Der Abgasführungseinsatz führt daher nicht nur Stöße gegen die Innenwände aus, sondern bewegt sich auch in der Art eines Schabers an diesen entlang.

Bevorzugt ist der Abgaswärmetauscher so ausgeführt, daß die Mittelachse des Abgasführungseinsatzes senkrecht steht. Hierdurch ist ein gleichmäßigeres Abklopfen der Innenwände als bei einem liegenden Abgaswärmetauscher gewährleistet.

Um auch die Schwingung des Bodenbleches optimal für die Auf- und Abbewegung des Abgasführungseinsatzes auszunützen, liegt dieser nur punktförmig auf dem Bodenblech auf. Hierzu ist der Abgasführungseinsatz mit einem stiftartigen Fortsatz an seiner Unterseite versehen, über den der Kontakt zum Bodenblech hergestellt wird. Der Abgasführungseinsatz wird aus einem wendelförmig gedrehten Blechstreifen gebildet, dessen Außenkontur über die vertikale, die horizontale und die rotatorische Bewegung jeden Punkt der Innenwand des Abgaswärmetauschers erreicht.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und werden anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung eingehend erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht eines Blockheizkraftwerkes,

Fig. 2 eine Vorderansicht von Fig. 1 und

Fig. 3 eine schematisierte Darstellung eines Abgaswärmetauschers im Längs- und Querschnitt.

In den Fig. 1 und 2 ist ein stabiler Grundrahmen 1 gezeigt, der aus vier rechteckig angeordneten, horizontalen Profilen 2 und vier an den Ecken des Grundrahmens angeordneten Stützprofilen 3 besteht. Auf den vier Stützprofilen 3 sind vier Gummipuffer 4 montiert. Auf diesen wiederum liegt die Trägerkonstruktion 5 auf. Der Motor 6 ist starr auf der Trägerkonstruktion 5 montiert. An vier hängenden Profilen 7 der Trägerkonstruktion 5 ist ebenfalls starr ein Generator 8 befestigt. Dieser wird durch den Riemen 9 von dem Motor 6 angetrieben.

Ein Abgaswärmetauscher 10 ist über ein Winkeleisen 11 an der Trägerkonstruktion 5 befestigt. Durch diese Befestigungsart ist der Abgaswärmetauscher begrenzt in Richtung des Doppelpfeiles 12 um den Scheitelpunkt des Winkeleisens schwenkbar. In Richtung des Doppelpfeiles 13 dagegen ist der Abgaswärmetauscher starr an die Trägerkonstruktion 5 gekoppelt. Die Hauptschwingungsachse 14 des Motors 6 geht in etwa durch den Schwerpunkt 15 des Abgaswärmetauschers.

Der Auspuffkrümmer 16 verläuft in horizontaler Richtung und mündet in einen Abgaskatalysator 17. Dieser ist durch einen weiteren Krümmer 18 mit dem Abgaswärmetauscher 10 verbunden. Die abgekühlten Abgase treten im unteren Bereich des Abgaswärmetauschers aus dem Rohrstutzen 19 aus. An diesem kann ein flexibler Schlauch angeschlossen sein, da die Temperatur der hier austretenden Abgase keine hohen Anforderungen an die Hitzebeständigkeit des Materials stellt.

Beim Betrieb des Motors 6 erhitzt sich der Auspuffkrümmer 16 und der Katalysator 17 auf etwa 500°C. Bei dieser hohen Temperatur dehnt sich das Material so stark in Längsrichtung aus, daß entweder am Krümmer 18 oder an der Befestigung dieses Krümmers am Abgaswärmetauscher Schäden auftreten würden. Durch die besondere Befestigung des Abgaswärmetauschers über das Winkeleisen 11 an der Trägerkonstruktion 5 kann dieser jedoch der Kraft in Ausdehnungsrichtung des Abgaskrümmers 16 und des Katalysators 17 durch ein Verschwenken um den Scheitel des Winkeleisens nachgeben. In Richtung des Doppelpfeiles 13 hingegen schwingt der Wärmetauscher 10 mit dem Motor 6 mit, so daß in dieser Richtung zwischen Motor und Wärmetauscher durch die Verbindungsstücke 16, 17 und 18 keine Relativbewegungen auszugleichen sind. Die Linie 20 stellt in den Fig. 1 und 2 die Trennungslinie zwischen der auf dem Untergrund feststehenden Stützkonstruktion 2, 3 und der schwingenden Masse, die aus dem schwingungserzeugenden Motor 6 der Trägerkonstruktion 5 dem mitschwingenden Abgaswärmetauscher 10 und dem durch seine Masse schwingungsdämpfend wirkenden Generator 8 besteht.

In Fig. 3 ist ein Ausführungsbeispiel eines Abgaswärmetauschers 10 gezeigt, welcher einen abfallenden Kanal 30 und einen aufsteigenden Kanal 31 aufweist. In den Kanälen 30, 31 sind wendelartig gedrehte Leitbleche 32, 33 enthalten. Der Außendurchmesser der Leitbleche ist etwas geringer ausgelegt als der Innendurchmesser der Abgaskanäle 30, 31. Die Begrenzungswände der Abgaskanäle sind doppelwandig ausgelegt, so daß in ihnen eine Kühlflüssigkeit 41 zirkulieren kann. Diese Flüssigkeit wird dem System durch den Einlauf 34 zugeführt und durch den Ablauf 35 wieder entnommen. An der Unterseite der Leitbleche 32, 33 sind Ständer 36 befestigt, die unten spitz zulaufen, um nur eine kleine Verbindungsfläche zu dem Bodenblech 37 zu haben. Das heiße Abgas wird in Richtung des Pfeiles 38 in den Kanal 30 eingeleitet, in der Kammer 39 umgelenkt und verläßt den Kanal 31 wieder in Richtung des Pfeiles 40.

Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf einen Abgaswärmetauscher mit zwei Kanälen beschränkt; es kann jede gerade und ungerade Anzahl von Kanälen zur Anwendung kommen.

Insbesondere beim Betrieb eines mit schwer verdampfbaren Ölen betriebenen Motors enthalten die Abgase sich an der Wand der Kanäle leicht anlagernde Stoffe. Dadurch könnten sich die Kanäle sehr schnell zusetzen, so daß eine regelmäßige Reinigung in kurzen Zeitabständen notwendig wäre.

Durch die in den Fig. 1 und 2 beschriebene Verbindung des Abgaswärmetauschers mit dem Motor 6 über die Trägerkonstruktion 5 nimmt der Wärmetauscher an den Schwingungen des Motors teil. Diese Vibration des Abgaswärmetauschers bewirkt eine Schwingung des Bodenblechs 37, die sich auch auf die Leitbleche 32, 33 auswirkt. Durch jeden Schwingungshub wird ein Stoß auf die Ständer 36 ausgeübt, wodurch sich die Leitbleche 32, 33 um einen geringen Betrag nach oben bewegen. Durch ihre Trägheiten können sie der Abwärtsschwingung des Bodenblechs 37 nicht sofort folgen und haben deshalb jeweils für eine kurzes Zeitintervall keinen Kontakt zu dem Bodenblech. In diesem Intervall können sie durch die Kraft der durchströmenden Abgase um einen geringen Betrag um ihre Längsachse gedreht werden.

Gleichzeitig erhalten die Leitbleche jeweils Stöße von den Kanalwandungen, die sie beschleunigen und an die gegenüberliegende Kanalwandung anstoßen lassen.

Die vertikale Auf- und Abbewegung und die horizontale Hin- und Herbewegung der Leitbleche führt dazu, daß Anlagerungen, die sich auch nur ansatzweise bilden, sofort wieder abgeschabt und abgeklopft werden. Durch die ständige Drehung der Leitbleche erreichen die Außenkonturen jeden Punkt der Innenwand der Kanäle.

Die Durchströmungsgeschwindigkeit der Abgase ist groß genug, so daß von den Innenwänden entfernte Partikel nicht auf dem Bodenblech 37 abgelagert, sondern mit dem Abgasstrom aus dem Abgaswärmetauscher entfernt werden.


Anspruch[de]
  1. 1. Abgaswärmetauscher mit einem Innenraum zur Abgasführung, in dem ein Abgasführungseinsatz vorgesehen ist, der relativ zur Wand des Innenraums beweglich ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgaswärmetauscher körperschalleitend mit einer Schwingungsquelle verbunden ist und der Abgasführungseinsatz in dem Innenraum in allen Richtungen beweglich ist.
  2. 2. Abgaswärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenraum als stehende Röhre ausgebildet ist.
  3. 3. Abgaswärmetauscher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgasführungseinsatz an seiner Unterseite mit einem etwa punktförmigen Auflager versehen ist.
  4. 4. Abgaswärmetauscher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgasführungseinsatz wendelförmig gedreht ist.






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