DD247246A1 - Einrichtung zur schallreduzierung und gleichzeitiger abgaswaermerueckgewinnung bei brennkraftmaschinen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Schallreduzierung und gleichzeitiger Abgaswaermerueckgewinnung bei Brennkraftmaschinen, vorzugsweise stationaeren Grossdiesel- oder Schiffsdieselmotoren, bei der die Waermeenergie mittels Rippenrohrbuendeln durch ein fluessiges Waermetraegermedium abgefuehrt wird. Ziel der Erfindung ist es, eine Einrichtung zur Schallreduzierung mit hohem Schallabsorptionseffekt zu schaffen, die ausserdem die Waermeenergie aus dem Abgas weitestgehend zur Erhoehung des Gesamtwirkungsgrades der Anlage zurueckgewinnt. Dabei soll ein geringer apparativer Aufwand erforderlich sein und auch Wartungs-, Reinigungs- und Instandhaltungsarbeiten beim Betrieb der Brennkraftmaschine gestatten. Erfindungsgemaess wird das dadurch erreicht, dass die den Abgasstrom seitlich begrenzenden Waende quer gewellt ausgefuehrt und aussen von Kammern zur Fuehrung eines Waermetraegermediums umschlossen und zwischen den Rippenrohren der Rohrkassetten rohrfoermige Stroemungsleitkoerper vorgesehen sind, die in Abstroemrichtung des Abgasstromes bis maximal zum halben Rohrumfang mit Bohrungen und an einem Ende mit einem Anschluss fuer ein Druckmedium versehen sind. Die Erfindung ist fuer Schalldaempfer von Brennkraftmaschinen anwendbar. Figur

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Schallreduzierung nach dem Absorptions- und Reflexionsprinzip und gleichzeitiger Abgaswärmerückgewinnung bei Brennkraftmaschinen, vorzugsweise stationären Groß- oder Schiffsdieselmotoren, bei der die Wärmeenergie vorzugsweise über Rippenrohrbündel durch ein flüssiges Wärmeträgermedium abgeführt wird.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Bekannt ist eine Abgasanlage zur Schalldämpfung und Ausnutzung der Wärme des Abgases zur Beheizung eines Heizmediums, bei der der Schalldämpfer mit seinem Abgaseintritts- und Abgasaustrittsrohr von einem das Heizmedium führenden Ringraum umgeben ist. Diese Anlage dient vor allem bei Kraftfahrzeugmotoren zur Heizung des Fahrgastraumes des Kraftfahrzeuges. Dabei ist zwischen dem das Abgas führenden Schalldämpfer und dem das Heizmedium führenden Ringraum ein ringförmiger Luftführungskanal angeordnet, der so ausgeführt ist, daß an einem Ende des ringförmigen Luftführungskanals Eintrittsöffnungen für den Fahrtwind vorgesehen sind. Damit erfolgt ein von der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeuges abhängiger Luftdurchsatz im Ringraum zwischen dem wärmeabgebenden Schalldämpfer und dem dieses System umgebenden Ringraum für die Heizmedienführung (DE-OS 3338093).

Durch diese Anordnung soll erreicht werden, daß bei einem Kraftfahrzeug immer etwa gleiche Heizungsverhältnisse gegeben sind, gleichgültig ob das Fahrzeug stillsteht und der Motor im Leerlauf läuft oder ob das Fahrzeug sich mit unterschiedlicher Geschwindigkeit fortbewegt.

Diese, ausschließlich für den Kraftfahrzeugbetrieb zugeschnittene Lösung hat aber den Nachteil, daß einerseits ein gasförmiges Medium (Luft) mit seinem relativ schlechten Wärmeübergang als Zwischenübertrager für den Wärmeübergang eingesetzt wird. Zum anderen erfolgt durch diese indirekte Wärmeübertragung eine sehr schlechte Ausnutzung der aus dem Schalldämpfer auszutragenden Wärmeenergie.

Weiterhin ist es bekannt, zur Wärmeübertragung eine Rippenrohranordnung vorzusehen, bei der zum Wärmeaustausch zwischen einem ersten, in den Rippenrohren strömenden Medium und einem zweiten, außerhalb der Rippenrohre in Richtung quer dazu strömenden Medium Strömungsleitkörper vorgesehen sind. Diese, zwischen den Rippenrohren angeordneten Strömungsleitkörper sind tragflügelartig ausgebildet und sie sollen die An-bzw. Abströmung des zweiten Mediums zu oder von den Rippenrohren so beeinflussen, daß die Strömung des zweiten Mediums zu den Kernrohren der Rippenrohre gelenkt wird (DE-PS 3325876). Diese Strömungsleitkörper haben dabei die Aufgabe, den Druckverlustbeiwert zu senken, ohne die Wärmeübergangszahl zu verringern. Dadurch soll die zusätzlich erforderliche Ventilatorleistung zur Führung des zweiten Strömungsmediums um die Rippenrohre gesenkt werden, wie sie beispielsweise bei großen Feuerungsanlagen oder bei Kraftwerken für die Abgasführung erforderlich ist.

Beim Betrieb von Brennkraftmaschinen ist aber die Anordnung von zusätzlichen Ventilatoren zur Abgasführung nicht vorgesehen, da die Strömung des Abgases ausschließlich durch die Verbrennung in den Zylindern und den Ausschub des Abgases durch die Kolben bestimmt wird.

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Für die Erzeugung einer Wärmetauscherwand als Begrenzungswand eines Heizgaszuges oder eines Brennraumes für einen Heizungskanal ist es auch bekannt, diese Wand durch den Aufbau aus einer als vorgefertigte Verbundplatte mit einer gewellten Blechlage und mindestens einseitig aufgebrachten ebenen Blechlage auszuführen. Dabei ist also die Wärmetauscherwand in jedem Falle aus mindestens zwei, der gewellten und einer ebenen Blechlage aufgebaut (DE-OS 3339629).

Nachteilig bei dieser Ausführung ist es, daß die Wärmetauscherwand aus mindestens zwei Blechlagen besteht, die zwischen sich voneinander abgetrennte, geschlossene Hohlräume einschließen. Dadurch besteht zwischen den beiden Seiten der Wärmetauscherwand — der Feuer- bzw. Rauchgasführung einerseits und der Wasserführung andererseits — eine Vielzahl wärmeisolierender, in sich geschlossener Hohlräume, die luftgefüllt sind.

Hinzu kommt noch, daß zur besseren Medienführung auf der gewellten Seite der Wärmetauscherwand die Wellen parallel zur Strömungsrichtung des daran entlangströmenden Mediums gerichtet sind.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht darin, eine Einrichtung zur Schallreduzierung zu schaffen, die einerseits einen hohen Schallabsorptionseffekt bei einer Abgasanlage für Brennkraftmaschinen aufweist und andererseits die im Abgas enthaltene Wärmeenergie weitestmöglich zur Erhöhung des Gesamtwirkungsgrades der Anlage für anderweitige Nutzung zur Verfügung stellt.

Weiterhin besteht das Ziel auch darin, die Einrichtung zur Schallreduzierung bei niedrigem apparativem Aufwand so zu gestalten, daß Wartungs-, Reinigungs- und Instandhaltungsarbeiten auch bei in Betrieb befindlicher Brennkraftmaschine ausführbar sind.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die technische Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Schallreduzierung für Abgasanlagen von Brennkraftmaschinen zu schaffen, bei der eine Schalldämpfung sowohl nach dem Absorptionsprinzip als auch nach dem Reflexionsprinzip erreicht wird. Dabei soll durch die Einrichtung die nutzbare Wärme aus dem Abgasstrom bei minimalen Energieverlusten zurückgewonnen werden, um den energetischen Gesamtwirkungsgrad der Anlage wesentlich zu erhöhen. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die den Abgasstrom seitlich begrenzenden Wände der Einrichtung aus gewelltem Material gebildet sind, die außen von Kammern zur Führung eines Wärmeträgermediums umschlossen sind, wobei die Wellen des gewellten Materials quer zur Richtung des Abgasstromes verlaufen. Außerdem sind die zwischen den senkrecht zur Richtung des Abgasstromes angeordneten Rippenrohren vorgesehenen Strömungsleitkörper rohrförmig ausgeführt, in Abströmrichtung des Abgasstromes bis zum halben Rohrumfang auf ihrer gesamten Länge mit Bohrungen versehen und mit einem Anschluß für ein Druckmedium, vorzugsweise Druckluft oder Dampf, ausgerüstet sind. In einer besonderen Ausbildung der Erfindung ist es vorgesehen, die Strömungsleitkörper in ihrer Einbaulage um ihre Achse schwenkbar anzuordnen.

In weiteren Ausbildungen der Erfindung ist es vorgesehen, das bzw. die Rohrbündel so auszubilden, daß sie als herausziehbare Kassette bzw. Kassetten ausgebildet ist bzw. sind und beim Einsatz mehrerer Kassetten diese einzeln oder paarweise in den Abgasstrom einschaltbar sind. Dabei können das oder die Rohrbündel aus Rohren mit in Abströmrichtung abnehmender Wärmeübergangsfläche gebildet sein.

Bezüglich der Verschaltung.des oder der Wärmeträgermedien ist es nach der Erfindung weiterhin vorgesehen, die Kammern mehrflutig und gegebenenfalls mit dem Rohrbündel bzw. den Rohrbündeln in Reihe zu schalten. Durch die erfindungsgemäße Lösung werden folgende Hauptvorteile für die Schallreduzierung und Abgaswärmerückgewinnung bei Abgasanlagen von Brennkraftmaschinen erreicht:

— Schaffung eines Abgasschalldämpfers für Brennkraftmaschinen, bei dem ein hoher Grad der Schallabsorption durch die Vielzahl von Rippenrohren im Abgasstrom erreicht wird,

— zusätzlich erfolgt eine Reflexion von Abgasschallwellen durch die gewellten Seitenwände der Einrichtung in das oder die Rippenrohrbündel mit anschließender Schallabsorption durch die Rippenrohre,

— zusätzlich zu dem an sich bekannten guten Wärmeaustausch durch die Rippenrohrbündel im Abgasstrom erfolgt ein Wärmeaustausch, direkt durch die gewellten Seitenwände an das Wärmeträgermedium in den Kammern.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.

Die zugehörige Zeichnung zeigt den Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Einrichtung zur Schallreduzierung mit einem Rohrbündel aus Rippenrohren.

In der Abgasleitung eines Großdieselmotors mit einem in Richtung Averlaufenden Abgasstrom ist ein Schalldämpfer angeordnet.

Der Schalldämpfer besteht aus einem rechteckigen Gehäuse 1, von dem drei Seitenwände aus einer Anzahl von Kammern 2 gebildet sind, die von einem Wärmeträgermedium durchströmt werden. Dafür sind an den Kammern 2 Eintritte 3 und Austritte 4 zur Zu- bzw. Abführung des Wärmeträgermediums angeordnet. Die den Abgasstrom seitlich begrenzenden inneren Wände der Kammern 2 bestehen aus gewelltem Material, wobei die Wellen dieses Materials quer zur Abgasströmungsrichtung Averlaufen. Im Inneren des Schalldämpfers sind ebenfalls quer zur Abgasströmungsrichtung A Rippenrohre 6 angeordnet. Diese Rippenrohre 6 sind als Rohrbündel zusammengefaßt, die durch eine oder mehrere aus dem Gehäuse 1 herausziehbare Kassetten gebildet sind. Die Rippenrohre 6 sind in quadratischerTeilung in den Kassetten so angeordnet, daß eine mit dem Abgasstrom A fluchtende Anordnung der Rohrreihen erreicht ist. Dabei ist aber auch jede andere Rohranordnung bzw. -teilung — auch in nicht »fluchtender Rohranordnung — möglich

In Zentren der Rohrteilung sind Strömungsleitkörper 7 vorgesehen. Diese Strömungsleitkörper 7 sind rohrförmig ausgebildet.

versehen. Die Strömungsleitkörper 7 sind an einem Ende mit einem nicht dargestellten Anschluß für ein Druckmedium, wie Druckluft oder Dampf versehen.

Zweckmäßigerweise können vor der in Abgasströmungsrichtung A ersten Reihe der Rippenrohre 6 ebenfalls eine Reihe von Strömungsleitkörpern 7 vorgesehen sein.

Die durch die fluchtende Anordnung der Rippenrohre 6 sich ergebenden relativ ungünstigen wärmetechnischen Voraussetzungen werden durch die Anordnung der Strömungsleitkörper 7 eleminiert, da dadurch eine allseitige Umströmung der Rippehrohre 6 durch das Abgas erreicht wird.

Zur Reinigung der Rippenrohre 6 von Ablagerungen aus dem Abgasstrom (z.B. Ruß) dienen in einer zweiten Funktion die Strömungsleitkörper 7. Über den Druckmedienanschluß an ihrem Ende wird ihnen Dampf oder Druckluft als Druckmedium zugeführt. Das Druckmedium tritt durch die Bohrungen in den Strömungsleitkörpern 7 aus und bläst die Ablagerungen von den Rippen der Rippenrohre 6. Um einen besseren Reinigungseffekt zu erzielen, können die Strömungsleitkörper 7 um ihre Achsen geschwenkt werden.

Dieses Ausblasen der Ablagerungen von den Rippenrohren 6 kann sowohl beim Betrieb wie auch beim Stillstand der Brennkraftmaschine erfolgen.

Für die Abführung der Abwärme durch das Wärmeträgermedium ist eine ein- oder mehrflutige Verschaltung sowohl des Rohrbündels wie auch der Kammern 2 entsprechend den Einsatzbedingungen möglich. In gleicher Weise kann auch eine ein- oder mehrflutige Medienführung mehrerer unterschiedlicher Wärmeträgermedien vorgesehen werden, wie beispielsweise Thermoölfürden Hochtemperatur-und Wasser für den Niedertemperaturbereich.

Beim parallelen Einsatz mehrerer Rohrbündelkassetten in einem Abgasstrom kann es zweckmäßig sein, eine Umschalteinrichtung im Abgasstrom vorzusehen, die den Abgasstrom so leitet, daß auch während des Betriebes einzelne Kassetten aus dem Abgasstrom ausschaltbar sind und dadurch eine Inspektion oder Auswechselung dieser Kassetten vorgenommen werden kann.

Claims (5)

1. Erfindungsanspruch:

   1. Einrichtung zur Schallreduzierung und gleichzeitigen Abgaswärmerückgewinnung bei Brennkraftmaschinen, vorzugsweise stationären Großdiesel- oder Schiffsdieselmotoren, bei der ein oder mehrere Rohrbündel aus Rippenrohren in rechteckiger oder quad ratischer Teilung mit Strömungsleitkörpern zwischen den Rippen rohren vorgesehen sind und die Rippen rohre von einem Wärmeträgermedium durchströmt sind, wobei die Achsen der Rippenrohre senkrecht zur Richtung des Abgasstromes angeordnet sind, gekennzeichnet dadurch, daß die den Abgasstrom seitlich begrenzenden Wände (5) aus gewelltem Material gebildet und außen von Kammern (2) zur Führung eines Wärmeträgermediums umschlossen sind, wobei die Wellen des gewellten Materials quer zur Abgasströmungsrichtung (A) verlaufen und die zwischen den senkrecht zur Abgasströmungsrichtung (A) angeordneten Rippenrohren (6) vorgesehenen Strömungsleitkörper (7) rohrförmig ausgebildet, in Abströmrichtung des Abgasstromes bis maximal zum halben Rohrumfang auf ihrer gesamten Länge mit Bohrungen versehen und mit einem Anschluß für ein Druckmedium, vorzugsweise Druckluft oder Dampf ausgerüstet sind.
2. 2. Einrichtung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Strömungsleitkörper (7) in Einbaulage um ihre Achse schwenkbar angeordnet sind.
3. 3. Einrichtung nach Punkt 1 oder 2, gekennzeichnet dadurch, daß das bzw. die Rohrbündel aus Rippenrohren (6) als herausziehbare Kassette/-n ausgebildet ist bzw. sind, wobei beim Einsatz mehrerer Kassetten diese einzeln oder paarweise in den Abgasstrom einschaltbar sind.
4. 4. Einrichtung nach Punkt 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß das bzw. die Rohrbündel aus Rohren mit abnehmender Wärmeübertragungsfläche in Abgasströmungsrichtung (A) gebildet sind.
5. 5. Einrichtung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Kammern (2) mehrflutig und gegebenenfalls mit dem Rohrbündel bzw. den Rohrbündeln in Reihe geschaltet sind.