DE1061051B - Collective heating system with heat carrier heated by exhaust gases from internal combustion engines - Google Patents

Description

Sammelheizungsanlage mit durch Abgase von Verbrennungskraftmaschinen erhitztem Wärmeträger Die Erfindung betrifft eine Sammelheizanlage mit durch Abgase von Verbrennungskraftmaschinen erhitztem, umlaufendem, flüssigem oder dampfförmigem Wärmeträger und selbsttätiger Regelvorrichtung.Collective heating system with exhaust gases from internal combustion engines heated heat transfer medium The invention relates to a collective heating system with exhaust gases by internal combustion engines heated, circulating, liquid or vapor Heat transfer medium and automatic control device.

Bei derartigen Anlagen, wie sie vorzugsweise auf Schiffen mit Brennkraftmaschinen als Haupt- oder Hilfsantriebsmotoren zur Anwendung gelangen, wird gewöhnlich die Abgaswärme in einer Abzweig- und Umgehungsleitung ausgenutzt und die Wärmeleistung durch Einstellen von Drossel- oder Wechselklappen im Abgasstrom festgelegt. Diese Klappen können sich durch Zunderbildung festsetzen, schließen dann nicht richtig ab und geben so leicht Anlaß zu Betriebsstörungen. Zur Vermeidung einer Unter- oder Überheizung erfordern diese Klappen auch ständige Bedienung, was umständlich ist. Die thermostatische Einstellung dieser Klappen wird durch die vorgenannten Mängel nachteilig beeinflußt, was sich durch Außerbetriebsetzungen der Anlage bemerkbar macht.In such systems, as they are preferably used on ships with internal combustion engines as main or auxiliary drive motors are used, is usually the Exhaust heat used in a branch and bypass line and the heat output determined by setting throttle or changeover valves in the exhaust gas flow. These Flaps can become stuck due to the build-up of scale and then do not close properly and thus easily give rise to operational disruptions. To avoid an under or Overheating, these flaps also require constant operation, which is cumbersome. The thermostatic setting of these flaps is due to the aforementioned shortcomings adversely affects what is noticeable by putting the system out of operation power.

Zweck der Erfindung ist die Beseitigung dieser Nachteile und die Schaffung einer möglichst einfachen, sich weitgehend selbsttätig regelnden Anlage der vorgenannten Art. Erreicht wird dies dadurch, daß bei einer Anlage der eingangs angeführten Gattung in das Abgasrohr der Verbrennungskraftmasohine als Heizkessel in an sich bekannter Weise ein Erweiterungsrohrstiick mit mehreren zum Abgasrohr gleichachsig verlaufenden Abgaskanälen und Durchlaufkanälen für den Wärmeträger eingeschaltet ist und diese Durchlaufkanäle über ein von einem angeschlossenen @,#% ärmetauscher thermostatisch gesteuertes Absperrventil mit diesem Wärmetauscher sowie parallel dazu über ein Überdruckventil an einen Nebenkreislauf des Wärmeträgers mit einem gleichzeitig als Standrohr ausgebildeten und mit Kühlinitteln versehenen Ausgleichsgefäß und mit einer Rückleitung angeschlossen sind und die selbsttätige Regelung außer durch den Thermostaten im Wärmetauscher durch den von dem Nebenkreislauf beeinflußten Wasserstand in den Durchlaufkanälen des Heizkessels erfolgt.The purpose of the invention is to eliminate these disadvantages and to create them the simplest possible, largely automatically regulating system of the aforementioned Art. This is achieved by the fact that, in the case of an installation of the genus listed at the beginning in the exhaust pipe of the internal combustion engine known as a boiler in itself Way an extension pipe piece with several coaxially running to the exhaust pipe Exhaust channels and flow channels for the heat transfer medium is switched on and these Flow channels via a thermostatic of a connected @, #% heat exchanger controlled shut-off valve with this heat exchanger and parallel to it via a Pressure relief valve to a secondary circuit of the heat transfer medium with one at the same time designed as a standpipe and provided with cooling means and expansion tank are connected to a return line and the automatic control except through the thermostat in the heat exchanger influenced by the one from the secondary circuit Water level in the flow channels of the boiler takes place.

Weitere Einzelheiten der Erfindung sind in der Beschreibung im Zusammenhang mit der Zeichnung erläutert.Further details of the invention are related in the description explained with the drawing.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer Anlage gemäß der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigt Fig. 1 eine schematische Darstellung der ganzen Heizanlage, Fig. 2 das Erweiterungsrohrstiick des Abgasrohres im Querschnitt nach der Linie II-II der Fig. 1, F ig. 3 das Ausgleichsgefäß im Nebenkreislauf -im -)uerschnitt nach der Linie III-III der Fig. 1.The drawing shows an embodiment of a system according to FIG Invention shown schematically. 1 shows a schematic representation of the entire heating system, Fig. 2 the extension pipe piece of the exhaust pipe in cross section according to the line II-II of Fig. 1, F ig. 3 the expansion tank in the secondary circuit -im -) cross-section along the line III-III of FIG. 1.

1 ist das Abgasrohr der Brennkraftmaschine, z.-B.-eines Dieselmotors, in das als Heizkessel ein Erweiterungsrohrstück 2 eingesetzt ist. Dieses Rohrstück 2 besitzt einen erweiterten Außenmantel 3, einen äußeren Ringraum 4 und einen mittleren Hohlraum 5 als Durohlau£kanäle für den zu erhitzenden Wärmeträger, wie z. B. Wasser, und dazwischen einen Durohtrittkanal 6 für die Abgase mit von den gegenüberliegenden Rohrwänden dieses Kanals ausgehenden Rippen 7 und 8, die schräg zur radialen Richtung und in Strömungsrichtung verlaufen und zwischen den gegenüberliegenden Rippenkränzen 7 und 8 einen Ringquerschnitt für die durchströmenden Abgase frei lassen. Im mittleren Hohlraum 5 kann in der Mitte ein zusätzliches Durchtrittrohr 9 für die Abgase vorgesehen werden. Der äußere Ringraum 4 und der mittlere Hohlraum 5 für den Wärmeträger sind durch Querkanäle untereinander verbunden.1 is the exhaust pipe of the internal combustion engine, e.g. a diesel engine, into which an extension pipe section 2 is inserted as a boiler. This pipe section 2 has an enlarged outer jacket 3, an outer annular space 4 and a central cavity 5 as Durohlau £ channels for the heat transfer medium to be heated, such as. B. water, and in between a Durohtrittkanal 6 for the exhaust gases with outgoing from the opposite pipe walls of this channel ribs 7 and 8, which run obliquely to the radial direction and in the flow direction and between the opposite rib rings 7 and 8 leave an annular cross-section for the exhaust gases flowing through . In the middle cavity 5, an additional passage pipe 9 for the exhaust gases can be provided in the middle. The outer annular space 4 and the central cavity 5 for the heat transfer medium are connected to one another by transverse channels.

Der äußere Ringraum 4 ist durch die Stutzen 10 und 11 an das Rohrnetz einer Heizungsanlage angeschlossen, an die über die Vor- und Rücklauf -leitungen 13 und 12 ein Wärmetauscher 14 angeschlossen ist, der seinerseits einen getrennten Heizkreislauf 15 speist. Von den Vor- und Rücklaufleitungen sind Rohrleitungen 16, 17 zu einem Nebenkreisilauf abgezweigt, von denen die Leitung 16 über eine um etwa einen halben Meter nach unten geführte Schleife 18 nach einem Ausgleichsgefäß 19 führt, während die Leitung 17 über ein Überdruckventil 20 nach einer in den unteren Teil des Ausgleichsgefäßes angeordneten Kühlschlange 21 führt. Das Ausgleichsgefäß besitzt außen Kühlrippen 22 und, liegt etwa 3,5 bis 5 m über dem Rücklauf stutzen 10 unten am Kessel. In die Vorlaufleitung 13 nach dem Wärmetauscher 14 ist ein Regelventil 23 mit einem die Temperatur im Heizkreislauf 15 des Wärmetauschers überwachenden Thermostaten 24 eingeschaltet, der bei einer bestimmten, einstellbaren Temperatur das Regelventil 23 drosselt oder schließt.The outer annular space 4 is connected to the pipe network through the nozzles 10 and 11 connected to a heating system, to which the supply and return lines 13 and 12, a heat exchanger 14 is connected, which in turn has a separate Heating circuit 15 feeds. From the supply and return lines are pipelines 16, 17 branched off to a secondary circuit, of which the line 16 has a by about Loop 18 leading half a meter downwards after a compensation tank 19 leads, while the line 17 via a pressure relief valve 20 after a in the lower Part of the expansion tank arranged cooling coil 21 leads. The compensation tank has outside cooling fins 22 and, is about 3.5 to 5 m above the return pipe 10 at the bottom of the boiler. In the flow line 13 after the heat exchanger 14 is a control valve 23 with a monitoring the temperature in the heating circuit 15 of the heat exchanger Thermostat 24 switched on, which at a certain, adjustable Temperature the control valve 23 throttles or closes.

Sich in den Durchlaufkanälen 4, 5 des Heizkessels z. B. bildender Niederdruckdampf strömt als Z Tärmeträger über das Regelventil 23 in den Wärmetauscher 14, gibt dort seine Verdampfungswärme ab und kehrt als Kondensat in den Heizkessel zurück. Schließt sich das Regelventil 23 unter dem Einfluß des Thermostaten 24 selbsttätig bei der eingestellten Temperatur im Wärmetauscher 14, so steigt der Dampfdruck in der Vorlaufleitung, und das Heizmittel wird langsam in das Ausgleichsgefäß 19 gedrückt. Damit verringert sich die Dampferzeugung in den Kanälen 4, 5, das Regelventil 23 öffnet sich nach entsprechendem Temperaturabfall im Wärmetauscher 14 wieder, und es tritt langsam Gleichgewicht zwischen dem Heizkessel in der Abgasleitung und dem Wärmeverbrauch im Wärmetauscher 14 ein.In the flow channels 4, 5 of the boiler z. B. forming low-pressure steam flows as Z heat transfer medium via the control valve 23 into the heat exchanger 14, where it gives off its heat of vaporization and returns as condensate to the boiler. If the control valve 23 closes automatically under the influence of the thermostat 24 at the set temperature in the heat exchanger 14, the steam pressure in the flow line rises and the heating medium is slowly pressed into the equalizing tank 19. This reduces the generation of steam in the channels 4, 5, the control valve 23 opens again after a corresponding drop in temperature in the heat exchanger 14, and equilibrium slowly occurs between the boiler in the exhaust pipe and the heat consumption in the heat exchanger 14.

Steigt bei Außerbetriebsetzung des Wärmeverbrauchers der Dampfdruck in den Durchlaufkanälen 4, 5 des Heizkessels so hoch an, daß der gesamte flüssige Wärmeträger in das Ausgleichsgefäß 19 gedrückt wird, und dehnt sich hiernach der Dampf im Heizkessel von etwa 0,45 atü Spannung durch Überhitzung weiter aus, so öffnet sich das Überdruckventil 20 und läßt so viel Dampf in die im Ausgleichsgefäß eingebaute Kühlschlange 21 strömen, bis das durch die Überhitzung sich vergrößernde Wärmeträgervolumen ausgeglichen ist. Die geringe Nachverdampfung in den fast wasserlosen Durchlaufkanälen 4, 5 im Kessel wird im Ausgleichsgefäß 19 laufend niedergeschlagen.If the heat consumer is switched off, the steam pressure rises in the flow channels 4, 5 of the boiler so high that the entire liquid Heat transfer medium is pressed into the expansion tank 19, and then expands Steam in the boiler from about 0.45 atü voltage due to overheating continues, so the pressure relief valve 20 opens and lets so much steam into the expansion tank built-in cooling coil 21 flow until it is enlarged by the overheating Heat transfer volume is balanced. The low level of post-evaporation in the almost waterless Flow channels 4, 5 in the boiler is continuously deposited in the expansion tank 19.

Die Sicherheitsrohrschleife 18 im Nebenkreislauf verhindert ein vorzeitiges Durchschlagen des Dampfes durch die Verbindungsleitung 16 nach dem Ausgleichsgefäß.The safety pipe loop 18 in the secondary circuit prevents premature Breakthrough of the steam through the connecting line 16 to the expansion tank.

Um bei Überholungsarbeiten die Heizungsanlage ohne Wasserverluste entleeren zu können, ist ein Auffangbehälter 25 vorgesehen, der gleichzeitig als Vorratsbehälter für den Wärmeträger dient und inhaltmäßig dem einfachen oder doppelten Kesselinhalt entsprechen kann. Der Auffangbehälter 25 ist mit der Sicherheitsrohrschleife 18 durch die Rohrleitung 26 unter Zwischenschaltung einer Handpumpe 27 und eines Dreiwegehahnes 28 verbunden. Von den drei Stellungen des Dreiwegehahnes wird eine Stellung zum Entleeren, die zweite Stellung zum Füllen und die dritte Stellung für den Betrieb benutzt. Um die bei geringer Belastung der Abgaskesselanlage oder plötzlich schließendem Regelventil 23 im Ausgleichsgefäß 19 trotz der Kühlrippen 22 sich etwa noch bildenden Dampfwrasen sicher zum Niederschlagen zu bringen und somit jeglichen Wasserverlust zu vermeiden, wird das Entlüftungsrohr 29 des Ausgleichsgefäßes in den Auffangbehälter 25 geführt. Die Dampfwrasen kondensieren hier an der Oberfläche des Wärmeträgervorrates und an den Wänden des Behälters 25. Der Behälter 25 erhält ein Standrohr 30 mit Wasserschloß als Sicherheitseinrichtung. Ein Entlüftungsrohr 31 des Vorratsbehälters kann beliebig hoch: gezogen werden, um den Wrasen ganz niederzuschlagen.In order to be able to empty the heating system without water loss during overhaul work, a collecting container 25 is provided, which also serves as a storage container for the heat transfer medium and can correspond to the single or double boiler contents in terms of content. The collecting container 25 is connected to the safety pipe loop 18 through the pipeline 26 with the interposition of a hand pump 27 and a three-way valve 28. Of the three positions of the three-way cock, one position is used for emptying, the second position for filling and the third position for operation. In order to ensure that the steam vapors that may still be formed in the expansion tank 19 despite the cooling fins 22 when there is a low load on the exhaust gas boiler system or when the control valve 23 suddenly closes, and thus to avoid any loss of water, the vent pipe 29 of the expansion tank is led into the collecting container 25. The steam vapors condense here on the surface of the heat transfer medium and on the walls of the container 25. The container 25 is provided with a standpipe 30 with a water lock as a safety device. A ventilation pipe 31 of the storage container can be pulled up to any height in order to knock down the vapor completely.

Durch den an sich bekannten Einbau der Durch--lauf -kanäle 4, 5 des Heizkessels in die Abgasleitung 1 wird erheblich an Raum und Gewicht gespart. Durch den Fortfall von Einstellklappen oder anderen mechanischen Regelvorrichtungen in der Abgasleitung werden Störungen vermieden und durch die selbsttätige Rege-Jung die ständige Überwachung bis auf die Nachprüfung des Wärmeträgerstandes vermieden. Dabei dient das Ausgleichsgefäß 19 gleichzeitig als Standanzeiger für den Wärmeträger. Selbst wenn längere Zeit keine Wärme gebraucht wird, ist es nicht nötig, die Wärmeträgerkreisläufe zu entleeren. Die Anlage ist daher stets betriebsbereit und erfordert nur in größeren Zeitabständen eine Nachprüfung der Menge des Wärmeträgers.The installation of the flow channels 4, 5 of the Boiler in the exhaust pipe 1 is saved significantly in space and weight. By the elimination of adjustment flaps or other mechanical control devices in of the exhaust pipe, disturbances are avoided and thanks to the automatic Rege-Jung constant monitoring except for checking the heat transfer medium level is avoided. The compensation tank 19 also serves as a level indicator for the heat transfer medium. Even if no heat is needed for a long time, it is not necessary to use the heat carrier circuits to drain. The system is therefore always ready for operation and only requires larger ones Check the amount of heat transfer medium at regular intervals.

Claims (5)

PATENTANSPRÜCHr-1. Sammelheizungsanlage mit durch Abgase von Verbrennungskraftmaschinen erhitztem, umlaufendem, flüssigem oder dampfförmigem Wärmeträger und selbsttätiger Regelvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß in das Abgasrohr (1) der Verbrennungskraftmaschine als Heizkessel in an sich bekannter Weise ein Erweiterungsrohrstück mit mehreren zum Abgasrohr gleichachsig verlaufenden Abgaskanälen (6,9) und Durchlaufkanälen (4, 5) für den Wärmeträger eingeschaltet ist und diese Durchlaufkanäle über ein von einem angeschlossenen Wärmetauscher (14, 15) thermostatgesteuertes Absperrventil (23, 24) mit diesem Wärmetauscher sowie parallel dazu über ein Überdruckventil (20) an einen Nebenkreislauf des Wärmeträgers mit einem gleichzeitig als Standrohr ausgebildeten und mit Kühlmitteln (21, 22) versehenen Ausgleichsgefäß (19) und mit einer Rückleitung (16) angeschlossen sind und die selbsttätige Regelung außer durch den Thermostaten (24) im Wärmetauscher durch den von dem Nebenkreislauf beeinflußten Wasserstand in den Durchlaufkanälen (4, 5) des Heizkessels erfolgt. PATENT CLAIM-1. Collective heating system with circulating, liquid or vaporous heat transfer medium heated by exhaust gases from internal combustion engines and automatic control device, characterized in that in the exhaust pipe (1) of the internal combustion engine as a heating boiler in a known manner an extension pipe section with several exhaust gas ducts (6,9 ) and flow channels (4, 5) for the heat transfer medium is switched on and these flow channels are connected to a secondary circuit of the heat exchanger via a thermostat-controlled shut-off valve (23, 24) controlled by a connected heat exchanger (14, 15) and, in parallel, via a pressure relief valve (20) The heat transfer medium is connected to an equalizing tank (19), which is also designed as a standpipe and is provided with coolants (21, 22), and to a return line (16), and the automatic control, in addition to the thermostat (24) in the heat exchanger, is controlled by the water level influenced by the secondary circuit takes place in the flow channels (4, 5) of the boiler. 2. Heizungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Heizkessel der Gesamtquerschnitt der Abgaskanäle (6, 9) annähernd gleich :oder größer als der Querschnitt des Abgasrohres am Verbrennungsmotor ist. 2. Heating system according to claim 1, characterized in that the total cross-section of the exhaust gas ducts in the boiler (6, 9) approximately equal to: or larger than the cross section of the exhaust pipe on the internal combustion engine is. 3. Heizungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,, daß das Ausgleichsgefäß (19) mit einem äußeren Kühlrippenmantel (22) und einer inneren Kühlschlange (21) ausgerüstet ist, in der etwa in den Durchlaufkanälen (4, 5) des Heizkessels entstehender Dampf des flüssigem. Wärmeträgers bei durch den Dampf geöffnetem Überdruckventil (20) niedergeschlagen wird, während das Niederschlagwasser durch die Rückleitung (16) in den Heizkessel unten eingeführt wird. 3. Heating system according to claim 1, characterized in, that the expansion tank (19) with an outer cooling fin jacket (22) and an inner cooling coil (21) is equipped, in the approximately in the flow channels (4, 5) of the boiler arising Vapor of the liquid. Heat transfer medium when the pressure relief valve is opened by the steam (20) is precipitated while the rainwater flows through the return pipe (16) is inserted into the boiler below. 4. Heizungsanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß an die Rückleitung (16) über eine Umschaltvorrichtung (28) ein Flüssigkeits-und Vorratsbehälter (25) angeschlossen ist, dessen oberer Teil mit dem oberen Teil des Ausgleichsgefäßes (19) durch eine Überlaufleitung (29) verbunden ist. 4. Heating system according to claim 3, characterized in that to the return line (16) via a switching device (28) a liquid and storage container (25) is connected, the upper Part with the upper part of the expansion tank (19) through an overflow line (29) connected is. 5. Heizungsanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Umschaltvorrichtung (28) und dem Flüssigkeits- und Vorratsbehälter (25) in einer Nebenleitung eine Pumpe (27) eingeschaltet ist, mit der im Bedarfsfalle Flüssigkeit aus dem Vorratsbehälter (25) in den Heizkessel gefördert werden kann. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 567 947, 916 852.5. Heating system according to claim 4, characterized in that between the switching device (28) and the liquid and storage container (25) in one Secondary line a pump (27) is switched on, with the liquid if necessary can be conveyed from the storage container (25) into the boiler. Into consideration Drawn pamphlets: German Patent Nos. 567 947, 916 852.