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Heissgaskolbenmaschine mit einem, den heissen Raum der Maschine umgebenden hohl- zylindrischen Erhitzer
Heissgaskolbenmaschinen mit einem, den heissen Raum der Maschine umgebenden hohlzylindrischen Erhitzer, der mit einem System parallel geschalteter Kanäle für den Durchlauf des Heizmittels versehen ist, sind bekannt.
Die dem den thermodynamischen Kreisprozess ausführenden Arbeitsmedium zuzuführende Wärme wird vom Heizmittel durch die Wände der Kanäle auf das zu erhitzende Arbeitsmedium übertragen. Bei den bekannten Heissgaskolbenmaschinen erfolgt die Übertragung dieser Wärme auf das Arbeitsmedium im Zylinder mittels Rippen, an denen dieses Medium zwangsläufig vorbeistreichen muss. Die gesamte zuzuführende Wärmemenge muss dabei durch die Wandung des hohlzylindrischen Erhitzers hindurchgehen, wodurch die Geschwindigkeit der Wärmeüber- tragung vermindert wird.
Die Wärmeübertragung vom Heizm ittel auf das in der Maschine umlaufende Arbeitsmedium wird erfindungsgemäss dadurch bedeutend verbessert, dass der den warmen Raum der Maschine umgebende Erhitzer mit einem zweiten System parallel geschalteter Kanäle ausgestattet ist, das dem Durchlauf des zu heizenden, den thermodynamischen Kreisprozess der Maschine ausführenden Arbeitsmedirms dient, wobei die Kanäle für das Heizmittel mindestens annähernd parallel zur Achse des Erhitzers vellaufen, wogegen die Kanäle für das zu erhitzende Medium die erstgenannten Kanäle kreuzen.
Die Wärmeübertragung vom Heizmittel auf das Arbeitsmedium erfolgt nun innerhalb der Wand des Erhitzers über eine grosse Anzahl paralleler Stromwege,
so dass die an jeder einzelnen
Stelle an der Wärmeübertragung beteiligte Wand- stärke infolge der innigen räumlichen Ver- flechtung der beiden Kanalsysteme sehr gering ist. Dadurch werden gegenüber den bekannten
Ausführungsformen bedeutend günstigere Ver- hältnisse für den angestrebten Wärmeaustausch geschaffen ; die Geschwindigkeit der Wärme- übertragung wird erheblich vergrössert und auch der Einfluss des Wärmewiderstandes des Er- hitzers verringert.
Da der Weg des Arbeitsmedium in einer
Heissgasmaschine gewöhnlich aus dem warmen
Raum durch das die Wärme auf das Medium übertragende Organ zu den weiteren Teilen der Maschine führt, ist es empfehlenswert, die Kanäle für das zu heizende Arbeitsmedium im besonderen so anzulegen, dass sie von der Innenwand einer im Erhitzer angebrachten Bohrung und der Aussenwand eines in dieser Bohrung eingesetzten Kernes gebildet werden.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand einiger, in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Diese Ausführungsbeispiele beziehen sich auf Heissgas- kolbenmaschinen ; analoge Bauarten können aber für eine Wärmepumpe oder Kühlmaschine angewendet werden.
In den Fig. 1 und 2 ist ein hohlzylindrischer, mit den nach der Lehre der Erfindung ausgebildeten Kanalsystemen versehener Erhitzer im Längs-und Querschnitt dargestellt.
In den Fig. 3,4, 5,6 und 7 sind einige andere Ausführungsformen der Kanäle zur Führung des Heizmittels im Erhitzer dargestellt.
In Fig. 1 bezeichnet 10 einen hohlzylindrischen Erhitzer, der den warmen Raum 11 des Heissgasmotors umschliesst. Der Wärmeaustausch zwischen dem Heizmittel und dem gasförmigen, im Motor umlaufenden Arbeitsmedium erfolgt in diesem Erhitzer 10, in dessen Wandung zwei Systeme von verschieden gestalteten und verschieden angeordneten Bohrungen 14 bzw. 15 untergebracht sind.
Die Bohrungen 14 verlaufen parallel zur Achse des Erhitzers von einer Stirnfläche des- selben bis nahe zur gegenüberliegenden. Diese
Bohrungen bilden also jede für sich einen blinden
Kanal, der aber durch ein konzentrisch ein- gesetztes Röhrchen 16 aus Metall oder keramischem
Material zu einem Rücklaufkanal für das Durch- strömen des Heizgases ausgestaltet ist. Der
Kanal für das einströmende Gas wird von der
Innenwand der Bohrung 14 gemeinsam mit der Aussenwand des Röhrchens 16 gebildet.
Als Kanal für das den Erhitzer wieder ver- lassende Gas dient ausschliesslich das Innere des Röhrchens 16.
Die Verbindung zwischen den Kanälen zum Ein-und Ausströmen wird dadurch hergestellt, dass die Bohrung 14 etwas länger ist als das Röhrchen 16) dessen richtige
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Lrge in der Bohrung 14 durch einige Nocken 17 und 18 gesichert ist.
Zur Durchleitung des gasförmigen Arbeitsmittels des Motors sind im Erhitzer 10 eine Anzahl radial gerichteter, durch die ganze Stärke der Wandung hindurchgehender Bohrungen 15 angebracht, die somit die Verbindung des warmen Raumes 11 mit den übrigen vom Gase zu durchlaufenden Kanälen im Motor herstellen. Der Regenerator 21 umgibt den Erhitzer 10 und schliesst sich an diesen praktisch ohne schädlichen Raum an. An Stelle eines Regenerators kann aber auch ein Sammelkanal zur Weiterleitung des Arbeitsgases um die Aussenwand des Heizkörpers geführt sein.
Um das die Bohrungen 15 durchfliessende Gas möglichst innig mit deren Wänden in Berührung zu bringen, sind im Inneren dieser Bohrungen zylindrische Kerne 19 aus Metall oder keramischem Material angebracht. Einige über den Umfang dieser Kerne verteilte Nocken 20 bewerkstelligen die richtige Lage derselben in den Bohrungen 15, so dass zwischen der Aussenseite dieser Kerne und der Innenseite der Bohrungen jeweils ein schmaler, ringförmiger Schlitz verbleibt. Jeder Kanal für das zu heizende Arbeitsmittel wird also von der Innenwand einer Bohrung 15 und der Aussenfläche eines
Kernes 19 gebildet.
Die axial verlaufenden Bohrungen 14 und Gruppen der radial verlaufenden Bohrungen 15 sind, wie aus Fig. 2 ersichtlich, abwechselnd nebeneinander im Mantel des Erhitzers 10 angebracht, so dass die zu übertragende Wärme nur den kleinen Weg zwischen den Wänden dieser Bohrungen durch das Material des Er- hitzers 10 hindurch zurückzulegen braucht.
Denn der Abstand zwischen diesen beiden
Bohrungen kran im vorliegenden Falle kleiner sein Eis für den Fall, dass die Bohrungen parallel angebracht sind, weil man hiebei weniger Rück- sicht auf das Verlaufen der Löcher beim Bohren zu nehmen braucht.
Auch ist es leichter, die
Verbrennungsgase an der oberen Stirnfläche dcs Erhitzers einzubringen und an der gleichen
Fläche wiederum abzuführen, wogegen der Gas- strom im Motor aus dem warmen Raum 77 radial durch den Heizkörper 10 hindurch die weiteren Teile des Motors, in diesem Falle den
Regenerator 21, erreichen kann.
Der hohlzylindrische Erhitzer 10 ist weiter an einer Stirnfläche mit einem bombierten
Deckel 12 versehen, der den warmen Raum 11 abschliesst. An der gleichen Stirnfläche ist ein
Flansch 13 vorgesehen, der zur Verbindung des Erhitzers mit den weiteren Teilen des Motors dient. Sowohl der Deckel 12 als auch der Flansch 7. ? können mit dem Erhitzer aus einem einzigen Stück hergestellt oder aber mit ihm verschweisst sein.
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gesetzt, dass die durch die radialen Bohrungen 15 gebildeten Kanäle für das Gas im Motor wieder den in Fig. 1 und 2 gezeigten Aufbau haben.
Der Kanal für dus Heizmittel besteht in diesem Falle aus drei parallelen, von derselben Stimfläche des Heizkörpers 10 ausgehenden Bohrungen 22,23 und 24, die nicht bis zur anderen Stirnfläche des Erhitzers reichen, aber nahe ihrem Ende durch eine Querbohrung 25 verbunden sind, deren in der Aussenwand gebildete Öffnung mit einem Pfropfen 26 verschlossen ist. Von den drei genannten Bohrungen bilden die Bohrungen 22 und 23 gemeinsam in Parallelschaltung den Zuführungskanal für das Heizmittel und die Bohrung 24 den Abzugskanal. Der grössere Querschnitt des Zuführungskanals ist begreiflicherweise notwendig, da das Heizmittel gasförmig ist und bei der herrschenden höheren Eintrittstemperatur ein grösseres Volumen einnimmt als nach Abkühlung durch Wärmeabgabe.
Am oberen Teil des Erhitzers 10 sind die Kanäle 22 und 23 einerseits und Kanal 24 anderseits durch eine Wand 40 getrennt, die bei einer zylindrischen Form des Erhitzers 10 als Ring aus Metallblech ausgebildet sein kann.
In den Fig. 4 und 5 ist eine noch andere Ausführungsform der Heizksnäle dargestellt, bei der wiederum angenommen wird, dass die Kanäle für das Arbeitsgas des Motors die gleiche Form wie in Fig. 1 haben. Bei dieser Ausführungsform sind in dem hoaizylindrischen Erhitzer 10 drei achsenparallele, von derselben
Stirnfläche ausgehende Bohrungen. ? 7, 28 und 29 angebracht, die infolge ihres gegenseitigen Überschneidens in Längsrichtung miteinander in
Verbindung stehen. In der mittleren Bohrung 28 ist ein Stift 30 eingesetzt, der nicht ganz bis zur Sohle der Bohrung reicht und der Länge nach mit zwei in entgegengesetzter Richtung konisch verlaufenden Nuten 31 und 32 ver- sehen ist, die in die Bohrungen 27 bzw. 29 münden.
Auf diese Weise werden zwei Kanäle gebildet, u. zw. ein Einströmungskanal durch die Bohrungen 27 mit der Nut 31 und ein Aus- trittskanal durch die Bohrung 29 in Verbindung mit der Nut 32. Der Querschnitt diese ? beiden
Kanäle nimmt über einen Teil der Länge in
Richtung des hindurchströmenden Gases ab, wodurch die Wärmeübertragung des Gases auf die umgebenden Wände verbessert wird.
In Fig. 6 ist wiederum ein hohlzylindrischer
Erhitzer mit den in ihm angeordneten Kanälen im Längsschnitt dargestellt. Die Kanäle 15 zur Leitung des Arbeitsgases im Motor sind dabei den in Fig. 1 dargestellten analog, wogegen die Kanäle für das Heizmittel von je zwei in entgegengesetzter Richtung konisch verlaufenden, im Erhitzer 1 achsenparallel angebrachten
Bohrungen 33 und 34 gebildet werden. Diese beiden Bohrungen gehen von einer der Stirn- flächen des Erhitzers aus und münden in einer in seiner gegenüberliegenden Stirnfläche ange- brachten Nut 37, die also eine Verbindung zwischen den beiden Bohrungen 33 und 34 bildet. Die ganze Nut wird aber nicht als Ver- bindungskanal benutzt.
Es ist in jede, zu je
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zwei konischen Bohrungen gehörige Nut ein in Fig. 7 dargestelltes Passstück 35 eingelegt, in dem eine halbzylindrische Öffnung 36 auegespart ist. Diese Öffnung 36 schliesst sich den beiden Bohrungen 33 und 34 an und bildet den Verbindungskanal zwischen ihnen. Die verschiedenen, in der Stirnfläche des Erhitzers 10 angebrachten Passstücke 35 werden mittels eines einzigen, in diese Stirnfläche eingelassenen Ringes 38 gehalten, der durch Verschweissen der beiden kreisförmigen Trennfuge 39 im Erhitzer befestigt ist, so dass nicht jedes Passstück einzeln auf den Erhitzer 10 angeschweisst zu werden braucht.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Heissgaskolbenmaschine mit einem den heissen Raum der Maschine umgebenden, hohlzylindrischen Erhitzer, der mit zwei voneinander unabhängigen Systemen parallel geschalteter
Kanäle versehen ist, von denen das eine dem
Durchlauf des Heizmittels und das andere dem Durchlauf des zu erhitzenden, den thermo- dynamischen Kreisprozess der Maschine aus- führenden Arbeitsmediums dient, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Kanäle für das Heiz- mittel mindestens annähernd parallel zur Achse
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erstgenannten Kanäle kreuzen.