DE2824527A1 - Exhaust pipe for IC engine - has double wall to form heat exchangers for utilisation of waste heat - Google Patents

Abstract

The exhaust pipe has an inner corrugated tube of stainless steel. An outer corrugated tube also of stainless steel, is supported round the inner tube by helically would spacer bars to leave an annular gap between the two tubes. Exhaust gas flows through the inner tube and a fluid to be heated flows through the gap between them. The fluid is used in an auxiliary heat pump and utilises the heat in the exhaust as a source. The auter tube is surrounded by thermal insulation which is held in place by an outside corrugated tube with a plastics exterior coating.

Description

Vorrichtung zur Nutzbarmachung der Wärme in AbgasenDevice for utilizing the heat in exhaust gases

von Verbrennungsmaschinen Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Nutzbarmachung der Wärme aus Abgasen von Verbrennungsmaschinen.of internal combustion engines The invention relates to a device for utilizing the heat from exhaust gases from combustion engines.

Abgase von Verbrennungsmaschinen enthalten einen noch hohen Anteil an Wärmeenergie, die bislang in den seltensten Fällen nutzbar gemacht werden konnte, da es an geeigneten Vorrichtungen dazu fehlte. Es kann aber in vielen Fällen, so zum Beispiel bei Kraftfahrzeugen, Schiffsdiesdn, stationären Verbrennungsmotoren, Diesellocks und Verbennungs motoren zum Antrieb von Wärmepumpenanlagen von Nutzen sein, die üblicherweise in die freie Atmosphäre ausgestoßenen Abgase abzukühlen und ihnen dabei Wärme zu entziehen. Insbesondere für den zuletzt genannten Anwendungsfall gelingt es dadurch, den Wirkungsgrad einer solchen Wärmepumpen~ anlage beträchtlich heraufzusetzen.Exhaust gases from combustion engines still contain a high proportion of thermal energy, which so far could only be used in the rarest of cases, since there was a lack of suitable devices. In many cases, however, it can do so for example in motor vehicles, marine diesel engines, stationary combustion engines, Diesel locks and combustion engines are useful for driving heat pump systems be to cool the exhaust gases usually emitted into the open atmosphere and thereby withdrawing warmth from them. Especially for the last-mentioned application This makes it possible to increase the efficiency of such a heat pump system considerably raise.

Der Erfindung liegt von daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, die es in einfacher und wirtschaftlicher Weise möglich macht, Abgasen von Verbrennungs motoren Wärme zu entziehen und diese nutzbar zu machen.The invention is therefore based on the object of a device to create that makes it possible in a simple and economical way to exhaust gases of combustion to extract heat from motors and make it usable do.

Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs erwähnten Art dadurch gelöst, daß gemäß der Erfindung die Abgasleitung aus zwei koaxialen Rohren unter Bildung eines Zwischenraumes zwischen den Rohren besteht und der Zwischenraum von einem aufzuheizenden Fluid durchströmt ist. Neben den sich aus der Aufgabenstellung direkt ergebenden Vorteilen entsteht noch der Vorteil, daß durch die Kühlung der Abgasleitung, diese eine höhere Lebenserwartung hat, sofern darauf geachtet wird, daß eine Taupunktunterschreitung der Abgase vermieden wird, und darüber hinaus ein wesentlicher Gefahrenpunkt, der zu Verbrennungen bzw. auch zu Explosionen führen konnte, ausgeschaltet ist. Es ist bekannt, daß in Maschinenräumen von mit Dieselmotoren angetriebenen Schiffen Explosionen aufgetreten sind, deren Ursache in einer zu heißen Abgasleitung lagen. Die Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung treten dann noch verstärkt in Erscheinung, wenn man, wie es nach einem weiteren Gedanken der Erfindung vorgesehen ist, das Außenrohr mit einer thermischen Isolierschicht versieht. Daraus resultiert, daß auch die Wärmeverluste in dem Fluid auf ein Minimum reduziert sind. Zweckmäßigerweise sind sowohl das Innen- als auch das Außenrohr als längsnahtgeschweißte Netallwellrohre, vorzugsweise aus nichtrostendem Stahl ausgebildet. Dadurch läßt sich eine flexible Abgasleitung in beliebiger Länge in einem kontinuierlichen Arbeitsverfahren, in welchem ein Metallband zu einem Stützrohr geformt, längsgeschweißt und gewellt wird, herstellen. Der Werkstoff nichtrostender Stahl erhöht dabei die Korrosionsbeständigkeit einer solchen Abgasleitung. Von der kontinuierlich hergestellten Abgasleitung kann dann die jeweilig benötigte Länge abgetrennt und die Abgasleitung konfektioniert werden. Mit besonderem Vorteil ist das Innenrohr durch einen wendelförmigen Abstandshalter zum Außenrohr in konzentrischer Lage zu diesem gehalten. Bei dieser Ausführungsform hat es sich als zweckmäßig erwiesen, daß der Abstandshalter als längsnahtgeschweißtes Metallrohr, vorzugsweise aus nichtrostendem Stahl ausgebildet ist und daß das aufzuheizende Fluid dem Zwischenraum durch den Abstandshalter zugeführt ist.This task is achieved with a device of the type mentioned at the beginning solved in that, according to the invention, the exhaust line consists of two coaxial tubes with the formation of a space between the tubes and the space is flowed through by a fluid to be heated. In addition to the task directly resulting advantages still arises the advantage that by cooling the Exhaust pipe, which has a longer life expectancy, provided that care is taken that a drop below the dew point of the exhaust gases is avoided, and moreover a essential danger point that can lead to burns or explosions could, is turned off. It is known that in engine rooms with diesel engines powered ships explosions have occurred, the cause of which is called an Exhaust pipe lay. The advantages of the device according to the invention then arise intensifies in appearance when you like it according to another thought of the invention is provided, the outer tube is provided with a thermal insulating layer. From it the result is that the heat losses in the fluid are also reduced to a minimum. Appropriately, both the inner and the outer tube are longitudinally welded Metal corrugated pipes, preferably made of stainless steel. This lets a flexible exhaust pipe of any length in a continuous working process, in which a metal band is formed into a support tube, longitudinally welded and corrugated will produce. The material stainless steel increases the corrosion resistance such an exhaust pipe. From the continuously produced exhaust pipe can then cut the required length and assemble the exhaust pipe will. The inner tube is particularly advantageous because of a helical spacer to the outer pipe in a concentric position to this held. At this Embodiment, it has proven to be useful that the spacer as Longitudinally welded metal tube, preferably made of stainless steel and that the fluid to be heated is supplied to the intermediate space through the spacer is.

Nach einem weiteren Gedanken ist die Abstandshalterwendel mit Vorspannung auf das Innenrohr aufgebracht. Dadurch werden Längsschwingungen im Innenrohr eiqpschränkt. Insbesondere durch eine geeignete Auswahl des Isolierstoffs, der auf dem Außenrohr angeordnet ist, können die restlichen Schwingungen noch weiter gedämpft werden. Um die Vor spannung des Abstandshalters aufrechtzuerhalten, ist es zweckmäßig, die Enden im Bereich der Endarmatur festzulegen. Hierzu hat sich eine Vorrichtung als besonders günstig erwiesen, bei der an beiden Enden der Abgnleitung auf das Innerohr ein Flansch mit Innengewinde aufgeschraubt ist, in dessen Innenbohrung das entwellte Ende des Innenrohres flüssigkeitsdicht eingeschweißt ist und auf dessen MaSelfläche die Enden der Abstandshalter befestigt sind und bei der auf das Außenrohr eine Büchse mit Innengewinde aufgeschraubt und das Ende der Büchse mit dem Außenwellrohr flüssigkeitsdicht verschweißt ist und wobei die Büchse mit dem Flansch mechanisch fest und flüssigkeitsdicht, vorzugsweise durch Schweißen, verbunden ist. Für den Fall, daß sowohl das Innen- als auch das Außenrohr aus Edelstahl hergestelLt sind, wird man zweckmäBÆerweise sämtliche Teile, die mit dem Fluid in Berührung kommen, ebenfalls in Edelstahl ausbilden. In die Wandung der Büchse ist weiterhin ein nach außen führender Anschlußstutzen eingeschweißt. An diesen Anschlußstutzen kann eine Zuleitung zu einem Wärmeverbraucher angeschlossen werden. Ein ähnlicher Anschlußstutzen zum Einleiten des Fluids in dem Zwischenraum zwischen dem Innen- und dem Außenrohr ist am anderen Ende der Ab gasleitung im Bereich der Armatur vorgesehen. Verwendet man aber ein Wellrohr als Abstandshalt erwendel, so sind zwei Anschlußstutzen im Bereich eines Endes der Abgasen tung vorgesehen.According to another thought, the spacer coil is pretensioned applied to the inner tube. This prevents longitudinal vibrations in the inner pipe. In particular through a suitable selection of the insulating material on the outer tube is arranged, the remaining vibrations can be dampened even further. In order to maintain the tension of the spacer, it is appropriate to use the Define ends in the area of the end fitting. For this purpose, a device has been found as proved particularly beneficial in the case of both ends of the discharge line to the inner ear a flange with an internal thread is screwed on, in whose internal bore the deformed The end of the inner tube is welded in a liquid-tight manner and onto its mating surface the ends of the spacers are attached and a bushing on the outer tube screwed on with internal thread and the end of the bushing with the corrugated outer pipe is liquid-tight is welded and the bushing with the flange is mechanically solid and liquid-tight, is preferably connected by welding. In the event that both the interior as well as the outer tube are made of stainless steel, one will expediently all parts that come into contact with the fluid are also made of stainless steel. In the wall of the bush there is also an outwardly leading connection piece shrink wrapped. A feed line to a heat consumer can be connected to this connection piece be connected. A similar connection piece for introducing the fluid into the space between the inner and outer tubes is the Ab at the other end gas line provided in the area of the valve. But if you use a corrugated pipe as Spacing spiral, so are two connecting pieces in the area of one End of the exhaust device provided.

Die Erfindung ist anhand der in den Figuren 1 und 2 schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.The invention is shown schematically on the basis of FIGS. 1 and 2 Embodiments explained in more detail.

Die Figur 1 zeigt einen Schnitt durch eine Abgasleitung gemäß der Lehre der Erfindung, während die Figur 2 eine Endarmatur darstellt.FIG. 1 shows a section through an exhaust pipe according to FIG Teaching of the invention, while Figure 2 shows an end fitting.

In der Figur 1 ist mit 1 ein Edelstahlwellrohr, welches ar Innenrohr dient, mit 2 eine ein- oder mehrlagige Abstandshalterwendel und mit 3 das Außenrohr aus Edelstahl bezeichnet. Auf dem Außenrohr 3 befindet sich eine Isolierschicht 4, vorzugsweise aus temperaturbeständigen Polyurethanschaum, welche von einem weiteren Wellrohr 5, welches aus normalen Stahl hergestellt ist, umhüllt ist.In FIG. 1, 1 is a corrugated stainless steel pipe, which ar inner pipe serves, with 2 a single or multi-layer spacer coil and with 3 the outer tube made of stainless steel. There is an insulating layer on the outer tube 3 4, preferably made of temperature-resistant polyurethane foam, which from another Corrugated pipe 5, which is made of normal steel, is encased.

Auf das Wellrohr 5 kann noch eine Korrosionsschutzschicht 6 und ein Kunststoffaußenmantel aufgebracht sein. Die Abstandshalterwendel 2 ist vorzugsweise mit Vor spannung auf das Innenrohr 1 aufgebracht, so daß Schwingungen, die im Innenrohr auftreten können, auf das Außenrohr 3 und damit auf die Wärmeisolationsschicht 4, die in diesem Falle als Dämmschicht dienen soll, übertragen werden können.A corrosion protection layer 6 and a can also be applied to the corrugated pipe 5 Plastic outer jacket be applied. The spacer coil 2 is preferably applied with before tension on the inner tube 1, so that vibrations that occur in the inner tube can occur on the outer tube 3 and thus on the thermal insulation layer 4, which should serve as an insulating layer in this case, can be transferred.

Der Ringraum zwischen dem Innenrohr 1 und dem Außenrohr 3 wird von einem zu erwärmenden Fluid durchströmt, welches dabei durch die Wandung des Innenrohres 1 dem durch das Innenrohr 1 strömenden Abgas Wärme entzieht. Bei der Konfektionierung einer derartigen Abgasleitung wird auf das abgesetzte Ende des Außenrohres 3 eine Buchse 12, die an ihrem Ende ein Gewinde aufweist, aufgeschraubt und mit dem Außenrohr 3 verschweißt bzw. verlötet. Die Buchse 12 weist einen Anschlußstutzen 14 auf, der durch die Isolierschicht 4 sowie das Rohr 5 hindurchragt und an welchen in geeigneter Weise eine Verbindungsleitung zu einem Wärmeverbraucher an- geschlossen werden kann. Auf das Innenrohr 1 wird ein Flansch 8 aufgeschraubt und das Ende des Innenrohres 1 gegen die Innenwandung des Flansches 8 angewalzt, wobei es sich entwellt und wie bei 9 gezeigt, mit der Innenwandung des Flansches 8verlötet oder verschweißt wird. Mittels der Schrauben 11 sowie der Unterlegscheiben 10 wird der Abstandshalter 2 an dem Flansch 8 befestigt. Es versteht sich von selbst, daß zur Durchführung dieser Arbeiten die Buchse 12 auf das Außenrohr 3 so weit aufgeschraubt ist, daß die Arbeiten durchgeführt werden können, und erst dann so weit zurückgeschraubt wird, bis es an den Steg 13 des Flánthes 8 anstößt und dort durch geeignete Schweißung oder Lötung befestigt wird. Nit 15 sind noch Durchgangsbohrungen mit Gewinde im Flansch 8 bezeichnet, die zum Anschluß an den Motorblock oder an eine weitere Leitung dienen.The annular space between the inner tube 1 and the outer tube 3 is of a fluid to be heated flows through, which flows through the wall of the inner tube 1 extracts heat from the exhaust gas flowing through the inner tube 1. When assembling such an exhaust pipe is on the remote end of the outer tube 3 a Socket 12, which has a thread at its end, screwed on and connected to the outer tube 3 welded or soldered. The socket 12 has a connecting piece 14 which protrudes through the insulating layer 4 and the tube 5 and on which in a suitable manner Way a connection line to a heat consumer closed can be. A flange 8 is screwed onto the inner tube 1 and the end of the Inner tube 1 rolled against the inner wall of the flange 8, whereby it deforms and as shown at 9, soldered or welded to the inner wall of the flange 8 will. By means of the screws 11 and the washers 10, the spacer 2 attached to the flange 8. It goes without saying that to carry out this work the socket 12 is screwed so far on the outer tube 3 that the work can be carried out, and only then screwed back that far until it hits the web 13 of the flange 8 and there by suitable welding or soldering. Nit 15 are still threaded through holes in the Flange 8 denotes the connection to the engine block or to another line to serve.

Claims (9)

Patentansprüche Öl Vorrichtung zur Nutzbarmachung der Wärme aus Abgasen von Verbrennungsmaschinen, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgasleitung aus zwei koaxialen Rohren unter Bildung eines Zwischenraumes zwischen den Rohren besteht und der Zwischenraum von einem aufzuheizenden Fluid durchströmt ist. Claims Oil device for utilizing the heat from exhaust gases of internal combustion engines, characterized in that the exhaust pipe consists of two coaxial tubes with the formation of a space between the tubes and a fluid to be heated flows through the intermediate space. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Außenrohr mit einer thermischen Isolierschicht versehen ist.2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the outer tube is provided with a thermal insulating layer. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl das Innen- als auch das Außenrohr als längsnahtgeschweißte Metallwellrohre, vorzugsweise aus nichtrostendem Stahl ausgebildet sind.3. Apparatus according to claim 1, characterized in that both the inner and outer pipes as longitudinally welded corrugated metal pipes, preferably are made of stainless steel. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenrohr durch einen wendelförmigen Abstandshalter zum Außenrohr in konzentrischer Lage zu diesem gehalten ist.4. Apparatus according to claim 1 or one of the following, characterized in that that the inner tube is concentric to the outer tube through a helical spacer Location to this is held. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstandshalter als längsnahtgeschweißtes Metallwellrohr, vorzugsweise aus nichtrostendem Stahl ausgebildet ist und das aufzuheizende Fluid dem Zwischenraum durch den Abstandshalter zugeführt ist.5. Apparatus according to claim 4, characterized in that the spacer as a longitudinally welded corrugated metal pipe, preferably made of stainless steel is formed and the fluid to be heated to the space through the spacer is fed. 6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandshalterwendel mit Vorspannung auf das Innenrohr aufgebracht ist.6. Apparatus according to claim 4, characterized in that the spacer coil is applied with bias on the inner tube. 7. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierschicht von einem Metallwellrohr umhüllt ist.7. Apparatus according to claim 2 or one of the following, characterized in that that the insulating layer is encased by a corrugated metal pipe. 8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an beiden Enden der Abgasleitung auf das Innenrohr ein Flansch mit Innengewinde aufgeschraubt ist, in dessen Innenbohrung das entwellte Ende des Innenrohres flüssigkeitsdicht eingeschweißt ist und auf dessen Mantelfläche die Enden der Abstandshalterwendel befestigt sind, daß auf das Außenrohr eine Büchse mit Innengewinde aufgeschraubt und das Ende der Büchse mit dem Außenwellrohr flüssigkeitsdicht verschweißt und daß die Büchse mit dem Flansch mechanisch fest und flüssigkeitsdicht, vorzugsweise durch Schweißen, verbunden ist.8. Apparatus according to claim 1, characterized in that on both A flange with an internal thread is screwed onto the inner pipe at the ends of the exhaust pipe is, in the inner bore the deformed end of the inner tube liquid-tight is welded in and the ends of the spacer helix on its outer surface are attached that screwed a bushing with an internal thread onto the outer tube and the end of the liner is welded to the outer corrugated pipe in a liquid-tight manner and that the sleeve with the flange is mechanically strong and liquid-tight, preferably by welding. 9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch giænnzeichnet, daß in die Wandung der Büchse ein nach außen führender Anschlußstutzen eingeschweißt ist.9. Apparatus according to claim 8, characterized in that in the Wall of the bushing an outwardly leading connection piece is welded.