AT503925B1

AT503925B1 - Vorrichtung zur stromerzeugung

Info

Publication number: AT503925B1
Application number: AT0001307A
Authority: AT
Inventors: Burghard Moser
Original assignee: Burghard Moser
Priority date: 2007-01-03
Filing date: 2007-01-03
Publication date: 2008-02-15
Also published as: DE102007063314B4; AT503925A4; DE102007063314A1

Description


  Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Stromerzeugung mit einem über einen Kühlkreis gekühlten Verbrennungsmotor, mit einem vom Verbrennungsmotor angetriebenen Generator und mit einem einerseits an eine Abgasleitung des Verbrennungsmotors und anderseits an einen Wärmeträgerkreis angeschlossenen Gegenstromwärmetauscher.
Um bei Vorrichtungen zur Stromerzeugung mit einem durch einen Verbrennungsmotor angetriebenen Generator die fühlbare Wärme der Motorabgase zu nützen und damit den Gesamtwirkungsgrad anzuheben, ist es bekannt (DE 196 10 915 A1 , EP 1 273 785 A1), mit den heissen Motorabgasen einen an einen Wärmeträgerkreis angeschlossenen Wärmetauscher zu beaufschlagen, um den Wärmeträger, üblicherweise Wasser, zu erwärmen. Dieser Wärmetauscher ist im allgemeinen als Gegenstromwärmetauscher geschaltet.

   Um im Vergleich zu Wärmetauschern, die eine Rohrschlange für die Führung des Wärmeträgers aufweisen, grössere Wärmetauscherflächen zur Verfügung stellen zu können, können Plattenwärmetauscher eingesetzt werden. Nachteilig ist dabei, dass der Plattenwärmetauscher innerhalb einer zur Schalldämmung vorgesehenen Einhausung kaum Platz findet, ohne das die Einhausung bildende Gehäuse vergrössern zu müssen. Ausserdem ist der Wärmetauscher Belastungen durch vom Verbrennungsmotor angeregte Schwingungen ausgesetzt, die die Standzeit solcher Wärmetauscher begrenzen. Ähnliche Nachteile treten auch bei anderen bekannten Wärmetauscherkonstruktionen auf, mit deren Hilfe die fühlbare Abwärme des Abgasstromes eines Verbrennungsmotors für die Erwärmung eines Wärmeträgers genützt werden kann.

   Dies gilt beispielsweise für Wärmetauscher, bei denen der Abgasstrom durch eine Rohrleitung geführt wird, die ein zylindrisches, vom Kühlwasser durchströmtes Gehäuse koaxial durchsetzt (DE 25 29 376 A1). Bei einem anderen bekannten Wärmetauscher (DE 197 36 606 A1), ist in einem zylindrischen Gehäuse ein koaxialer Einsatz mit einem Mantel vorgesehen, der eine in Umfangsrichtung verlaufende Wellung zur Vergrösserung der Wärmetauscherfläche zeigt.

   Die damit zur Verfügung stehenden Wärmetauscherflächen reichen allerdings bei einer beschränkten Baugrösse nicht für eine ausreichende Ausnützung der fühlbaren Wärme des Abgasstromes aus.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, für eine Vorrichtung der eingangs geschilderten Art einen Wärmetauscher bereitzustellen, der in platzsparender Weise angeordnet werden kann, eine ausreichende Wärmetauscherfläche sicherstellt und eine hohe Standzeit aufweist.
Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, dass der Gegenstromwärmetauscher eine Rohrschlange aus zwei koaxialen Wellrohren aufweist, von denen das innere Wellrohr mit der Abgasleitung und der ringförmige Strömungskanal zwischen dem inneren und dem äusseren Wellrohr an einem Ende mit dem Rücklauf des Wärmeträgerkreises und am anderen Ende mit dem Zulauf des Kühlkreises verbunden sind,

   dessen Ablauf an den Vorlauf des Wärmeträgerkreises angeschlossen ist. Die Ausbildung des Gegenstromwärmetauschers als Rohrschlange aus zwei koaxialen Wellrohren bringt zunächst den Vorteil mit sich, dass der jeweils vorhandene Platz für die Unterbringung des Wärmetauschers vorteilhaft genützt werden kann, weil die Rohrschlange keinem vorgegebenen Verlauf folgen muss und daher entsprechend den Platzbedingungen verlegt werden kann. Mit der Länge der Rohrschlange kann in einfacher Weise eine Anpassung an die geforderte Wärmetauscherfläche vorgenommen werden, wobei die Wellung der Wellrohre nicht nur für eine Vergrösserung der Wärmetauscherfläche und eine für den Wärmeübergang vorteilhafte Verwirbelung der Medienströmungen sorgt, sondern auch wesentlich für die Schwingungsdämpfung ist, so dass mit einer hohen Standzeit dieser Wärmetauscher gerechnet werden kann.

   Da der ringförmige Strömungskanal zwischen dem inneren und dem äusseren Wellrohr der Rohrschlange im Bereich des kalten Endes des Wärmetauschers an den Rücklauf des Wärmeträgerkreises und im Bereich des warmen Endes an den Zulauf des Kühlkreises des Verbrennungsmotors angeschlossen sind, bildet der Kühlkreis einen Teil des Wärmeträgerkreises, dessen Vorlauf mit dem Ablauf des Kühlkreises verbunden ist. Dies bedeutet, dass der Wärmeträger des Wärmeträgerkreises als Kühlmittel für den Kühlkreis des Verbrennungsmotors dient und über den Gegenstromwärmetauscher an die Betriebstemperatur des Verbrennungsmotors angepasst wird.

   Die über das Kühlmittel abgeführte Wärme wird somit unmittelbar für den Wärmeträgerkreis genützt.
Um einfache Anschlussverhältnisse zu gewährleisten, kann an den Enden des äusseren Wellrohres der Rohrschlange je ein Glattrohrstutzen mit einem radialen Anschluss für den Rücklauf des Wärmeträgerkreises bzw. für den Zulauf des Kühlkreises angesetzt sein. Damit wird die Notwendigkeit vermieden, einen radialen Rohranschluss dicht mit einem Wellrohr verbinden zu müssen. Eine Verbindung eines radialen Rohranschlusses mit einem Glattrohrstutzen bietet diesbezüglich keine Schwierigkeiten.
Wie bereits ausgeführt wurde, kann die Rohrschlange des Gegenstromwärmetauschers je nach den Platzverhältnissen unterschiedlich verlegt werden.

   Besonders vorteilhafte Konstruktionsverhältnisse ergeben sich in diesem Zusammenhang, wenn die Rohrschlange unterhalb einer den Verbrennungsmotor und den Generator aufnehmenden Grundplatte in wenigstens einer Schleife verlegt wird, weil in diesem Fall der Gegenstromwärmetauscher nicht innerhalb des den Verbrennungsmotor und den Generator aufnehmenden Gehäuses untergebracht werden muss.

   Der üblicherweise durch einen Sockel gegebene Raum unterhalb der Grundplatte kann durch die Verlegung des Gegenstromwärmetauschers in diesen Sockelbereich vorteilhaft genützt werden, wobei sich einfache Anschlussbedingungen für den Wärmeträgerkreis und eine Abgasleitung ergeben, insbesondere wenn die Grundplatte über den Sockel vorragt, so dass sich im vorstehenden Teilbereich der Grundplatte ausreichend Platz für Anschlussarmaturen ergibt, selbst wenn das auf der Grundplatte aufgesetzte Gehäuse an eine Wand anschliesst.
In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise dargestellt.

   Es zeigen
Fig. 1 eine erfindungsgemässe Vorrichtung zur Stromerzeugung in einem schematischen, blockschaltbildartigen Längsschnitt und Fig. 2 die Rohrschlange des Gegenstromwärmtauschers ausschnittsweise im Bereich eines
Endes in einem Axialschnitt in einem grösseren Massstab.
Die in der Fig. 1 dargestellte Vorrichtung zur Stromerzeugung weist eine aus einem Verbrennungsmotor 1 und einem von diesem Verbrennungsmotor 1 angetriebenen Generator 2 gebildete Baueinheit auf, die auf einer Grundplatte 3 montiert ist. Diese Grundplatte 3 bildet einen Teil eines auf einem Sockel 4 aufruhenden Gehäuses 5, das eine schalldämmende Einhausung der Baueinheit aus Verbrennungsmotor 1 und Generator 2 darstellt.

   Zur Kühlung dieser Baueinheit wird Frischluft durch einen Gehäusedurchtritt 6 mit Hilfe des Lüfterrades des Generators 2 angesaugt, wobei der durch das Generatorgehäuse geförderte Kühlluftstrom in einer Motorkammer 7 austritt, die durch eine Trennwand 8 von einer Generatorkammer 9 des Gehäuses 5 getrennt ist, so dass in der Motorkammer 7 und in der Generatorkammer 9 unterschiedliche Kühlungsbedingungen eingehalten werden können. Die Abluft aus der Motorkammer 7 wird durch einen Durchtritt 10 in der Bodenplatte 3 ausgeblasen.
Zur Ausnützung der Abwärme des Verbrennungsmotors 1 ist ein Gegenstromwärmetauscher in Form einer Rohrschlange 11 vorgesehen, die zwei koaxiale Wellrohre 12 und 13 umfasst. Das innere Wellrohr 12 ist mit der Abgasleitung 14 des Verbrennungsmotors 1 verbunden.

   Der ringförmige Strömungskanal 15 zwischen dem inneren und dem äusseren Wellrohr 12, 13 ist im Bereich des kalten Endes an den Rücklauf 16 eines nicht näher dargestellten Wärmekreises, beispielsweise eines Heizkreises, und im Bereich des warmen Endes an den Zulauf 17 des Kühlkreises des Verbrennungsmotors 1 angeschlossen. Über den Ablauf 18 des Kühlkreises wird der Vorlauf 19 des Wärmeträgerkreises gespeist. Der Wärmeträger des Wärmeträgerkreises bildet somit das Kühlmittel für den Kühlkreis des Verbrennungsmotors 1. Die Anordnung ist so getroffen, dass die Rohrschlange 11 des Gegenstromwärmetauschers unterhalb der Grundplatte 3 im Bereich des Sockels 4 in wenigstens einer Schleife verlegt ist, so dass der Gegenstromwärmetauscher keinen Platz innerhalb des Gehäuses 5 beansprucht.

   Die Verlegung in einer Schleife stellt eine für den Wärmeübergang ausreichende Länge der Rohrschlange 11

Claims

sicher. Da die Anschlüsse 20, 21 für den Rücklauf 16 und den Vorlauf 19 des Wärmeträgerkreises eine Umfangswand des Sockels 4 durchsetzen, bleibt unterhalb der über den Sockel 4 vorragenden Grundplatte 3 ausreichend Raum für entsprechende Anschlussverbindungen. Gleiches gilt für den Anschluss 22 zur Abgasableitung. Wie der Fig. 2 entnommen werden kann, sind an die Enden der Wellrohre 12, 13 der Rohrschlange 11 Glattrohrstutzen 23 angesetzt, um die Verbindung mit weiterführenden Leitungen zu erleichtern. Zu diesem Zweck sind die Glattrohrstutzen 23 des äusseren Wellrohres 13 im Bereich des kalten Endes mit dem Anschluss 20 für den Rücklauf 16 des Wärmeträgerkreises und im Bereich des warmen Endes mit einem radialen Anschluss 24 versehen, der mit dem Zulauf 17 des Kühlkreises des Verbrennungsmotors 1 durch einen Schlauch 25 verbunden ist. Der Glattrohrstutzen 23 des inneren Wellrohres 12 trägt einen Flansch 26 zur Verbindung mit der ebenfalls einen Anschlussflansch aufweisenden Abgasleitung 14 des Verbrennungsmotors 1. Der Vollständigkeit halber ist zu erwähnen, dass die Rohrschlange 11 mit einem in der Fig. 2 strichpunktiert angedeuteten Mantel 27 aus einem wärmedämmenden Werkstoff umschlossen ist, um Wärmeverluste zu vermeiden. Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Stromerzeugung mit einem über einen Kühlkreis gekühlten Verbrennungsmotor, mit einem vom Verbrennungsmotor angetriebenen Generator und mit einem einerseits an eine Abgasleitung des Verbrennungsmotors und anderseits an einen Wärmeträgerkreis angeschlossenen Gegenstromwärmetauscher, dadurch gekennzeichnet, dass der Gegenstromwärmetauscher eine Rohrschlange (1 1 ) aus zwei koaxialen Wellrohren (12, 13) aufweist, von denen das innere Wellrohr (12) mit der Abgasleitung (14) und der ringförmige Strömungskanal (15) zwischen dem inneren und dem äusseren Wellrohr (12, 13) an einem Ende mit dem Rücklauf (16) des Wärmeträgerkreises und am anderen Ende mit dem Zulauf (17) des Kühlkreises verbunden sind, dessen Ablauf (18) an den Vorlauf (19) des Wärmeträgerkreises angeschlossen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass an den Enden des äusseren Wellrohres (13) der Rohrschlange (11) je ein Glattrohrstutzen (23) mit einem radialen

Anschluss (20, 24) für den Rücklauf (16) des Wärmeträgerkreises bzw. für den Zulauf (17) des Kühlkreises angesetzt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrschlange (11 ) des Gegenstromwärmetauschers unterhalb einer den Verbrennungsmotor (1 ) und den Generator (2) aufnehmenden Grundplatte (3) in wenigstens einer Schleife verlegt ist.