DE1802898A1 - Heissgasmotor - Google Patents

Description

Dr. Herbert .Seholt

Anmelder: N.V. PHILIPS' GlOEILAMPENFABRIEKEN ,

Akte: PHl- 2826 '

Anmeldung vom« 11. Oktober 1968 1802898

"Heissgasmotor".

Die Erfindung bezieht sich auf einen Heiesgasmotor mit

einem oder mehreren Kompressioneraumen mit veränderlichem Inhalt und niedrigerer mittlerer Temperatur, die mit einem oder mehreren Expansionsräumen mit ebenfalle veränderlichem Inhalt und höherer mittlerer Temperatur verbunden sind, wobei sich in der Verbindung zwischen jenen Bäumen ein Regenerator und ein Erhitzer befindet, wobei der Motor weiter mindestens eine Brennervorrichtung enthält mit mindestens einer sich daran anschliessenden Brennstoffzufuhr, mindestens einem über einen Vorerhitzer sich daran anschliessenden Zuführungskanal für sauerstoffhaltiges Gas sowie einem sich daran anaohliessenden Abführungekanal für Verbrennungsgase, der über den Vorerhitzer aueserhalb dee Motors mündet.

Bei diesem bekannten Heissgaemotor wird der Brennervorrichtung Brennstoff und Verbrennungsluft zugeführt. Bas bedeutet, dass dieser

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Motor nur dort verwendbar ist, wo genügend Luft vorhanden ist·

Unter Umstünden, beiepitliweie· vtnn der Motor in einen fttur zeug für Tieftoforeohung «»geordnet ist, verfügt man nicht über genügend Luft, Die Erfindung besweokt, einen Heieagasnotor au «chaff«», bei des die Wirkung dieser Brennervorrichtung nicht von der Umgebung, in der dieser Motor aufgestellt ist, abhängig ist.

Zur Verwirklichung des gesetzten Ziels ist der erfindungsgemäase Heissgasmotor dadurch gekennzeichnet, dass der Zuführungskanal für aauerstoffhaltiges Gas mit seiner von der Brennervorrichtung abgewandten Seite an einen Behälter anechliessbar ist, in dem sich Sauerstoff befindet, und wobei zwischen diesem Zufuhrungskanal und dem Abführungskanal für die Verbrennungegase eine Verbindung vorhanden ist, duroh die ein Teil der Ver« brennungsgase in den Zuführungskanal für Sauerstoff fliessen kann und die sich einerseits an den zwischen dem Vorerhitzer, und der Brennervorrichtung liegenden Teil des Zuführungskanal8 und andererseits an den ebenfalls zwischen dem Vorerhitzer und der Brennervorrichtung liegenden Teil des Abführungskanals anschliesst.

Beim erfindungsgemässen Heissgasmotor wird also der Brennervorrichtung Sauerstoff statt Luft zugeführt. Wenn dieser reine Sauerstoff ohne weiteres dem Brenner zugeführt werden würde, würde die Flammtemperatur viel zu hoch werden, wodurch die Wände der Brennervorrichtung beschädigt werden konnten* Um dies zu vermeiden, wird dem zugeführten Sauerstoff ein inertes Gas zugesetzt und zwar in einem derartigen Verhältnis, dass sich der Sauerstoffgehalt des dem Brenner zugeführten Gasgemisches mit dem Sauerstoffgehalt in Luft vergleichen lässt. Dadurch wird die Flammtemperatur wieder etwa dieselbe wie bei Zufuhr von Luft .

Als inertes Gas wird beim erfindungsgemässen Motor ein Teil

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der Hauchgase verwendet, der dem Zuführungskanal für den Sauerstoff zugeführt wird. Dieses sogenannte Zurückleiten eines Teiles der Bauchgase köru te erfolgen, naohdem diese Rauchgase den Vorerhitzer passiert haben und bevor der Sauerstoff in den Vorerhitzer eingetreten ist, also bei verhältniseaasig niedriger Temperatur. Das wurde bedeuten, dass die liassenetröme durch den Erhitzer und die zu übertragende Wärme nahezu ebensogross sein wurden oei Verwendung von Luft, so dass der Vorerhitzer ungefähr ebensogross sein muss, wie bei Vervendung von Luft. Gerade bei Verwendung von Sauerstoff statt Luft ist der Brennerwirkungsgrad sehr wichtig. Verringe- ~ rung des WarmeVerlustes durch die Auspuffgase bedeutet hier nicht nur einen niedrigeren Kraftstoffverbrauch, sondern auch einen niedrigeren Sau erstoffverbrauch oder einen grosseren Aktionsradius mit einem bestimmten Kraftstoff- und Sauerstoffvorrat,

Nach der Erfindung erfolgt nun die Rücklei tune eier Rauchgase bei hoher Temperatur, d.h. ein Teil des Rauchgasstromes wird, bevor dieser in den Vorerhitzer eingetreten ist, dem Sauerstoffstrom, der den Erhitzer passiert, zugeführt. Dies hat den Vorteil, dnso die i.assenströme durch der Vorerhitzer nun um einen Faktor 2 i/2 niedriger sind als die M

Kassenströme, wenn die Rückleitung bei niedriger Temperatur, also vor dein Vorerhitzer erfolgt. Aufgrund des Obenstehenden würde man erwarten, dass bei einem gleichen Wärmeverlust der Vorerhitzer auch um einen Pak tor 2 1/ kleiner sein könnte. Überraschenderweise hat sich jedoch herausgestellt, dass der Vorerhitzer bei gleichem Würmeverlust nun uni einen Faktor 10 kleiner sein kann als wenn die Rückleitung bei niedrigerer Temperatur, also vor dem Vorerhitzer erfolgt. Dies lässt sich erklären aus der rirkenntnis, dass der Unbalanzfaktor, d.h. das Verhältnis zwischen den Wärme kapazitäts3trömungsstärken der Gasströme, die hin und zurück durch den

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Vorerhitzer gehen, stark zunimmt. Bei Vervendung eines bestimmten Kraftstoffes betrug bei relativ kalter Ruckleitung der Unbalanzfaktor 1,225, während bei relativ warmer Buokleitung dieser Unbalanzfaktor 1,85 beträgt.

Eb sei bemerkt, dass es an sich bei Verbrennungsmotoren mit innerer Verbrennung bekannt ist, Sauerstoff statt Verbrennungsluft zu verwenden, wobei dann auch ein Teil der Rauchgase, nachdem sie wenigstens teilweise abgekühlt sind, dem Sauerstoffstrom zugeführt wird. Bei diesen Motoren ist jedoch kein Vorerhitzer vorhanden, so dass auoh die duroh Rückleitung der relativ warmen Verbrennungsgase erhaltenen obengenannten Vorteile bei diesen Motoren nicht auftreten. Der Zusatz von Rauchgasen am Sauerstoff im Zuführungskanal kann nach der Erfindung mit Hilfe eines in der Verbindung angeordneten Ventillators oder mit Hilfe eines in den Zufuhrungekanal eingeschalteten Injektors, der sich ansaugseitig an den Abführungekanal für die Verbrennungsgase anschliesst, erfolgen.

in Hand der Zeichnung, in der schematised und nicht massgereoht ein Heieegasmotor dargestellt ist, wobei dem Brenner Sauerstoff statt Luft zugeführt wird, wird die Erfindung näher erläutert.

In der Figur deutet die Bezugsziffer 1 einen Zylinder an, in dem sich ein Kolben 2 und ein Verdränger 3 phasenverschoben bewegen können. Der Kolben 2 und der Verdränger 3 sind duroh eine Kolbenstange 4 bzw. Verdrängerstange 5 mit einem nicht dargestellten Getriebe verbunden. Zwischen dem Kolben 2 und dem Verdränger 3 befindet sich der Kompressionsraum 6, während sich über dem Verdränger 3 ein Expansionsraum 7 befindet. Der Kompressionsraum 6 und der Expansionsraum 7 stehen über einen Kuhler 8, einen Regenerator 9 und einen Erhitzer 10 miteinander in Verbindung. Der Erhitzer '10 ist aus einer Anzahl Rohre 11, die sich einerseits an den ■Regenerator 9 und andererseits an einen Ringkanal 12, und aus einer Anzahl

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Rohre 13, die eich einerseits an den Ringkanal 12 und andererseits an den Expanaionaraum "J anschliessen, aufgebaut. Der Heissgasmotor ist weiter ni einer Brennervorriohtung 14 versehen, an die sich eine Zufuhr 15 für Kraf etoff anschliesst. Zum Motor gehört weiter ein Behälter 16, in dem sich Sauerstoff unter Druok befindet. An die Oberseite des Behälters 16 schlisset sich ein Kanal 17 an, der über einen Vorerhitzer 1ö und einen Injektor 19 zur Brennervorrichtung führt. Weiter schliesat sich an die Brennervorrichtung ein Kanal 20 an, der über den Vorerhitzer 16 an der Stelle 22 in die Umgebung mündet. An der Stelle 23 schlisset sich an den Kanal 20 ein Verbindungekanal 24 an, dessen andere Seite sich an die Ansaugseite 25 des Injektors 19 anachliesat.

Die Wirkungsweise des Hei3Sgasmotnrs an sich wird als bekannt vorausgesetzt, während die Wirkungsweise der Brennervorrichtung wie folgt ist. Sauerstoff aus dem Behälter 16 kann über den Kanal Π, in dem sich selbstverständlich ein Regelhahn 26 befindet, durch den Vorerhitzer 1b fliessen, in dem dieser Sauerstoff mit den Verbrennungsgasen in Wärmeaustausch steht und angewärmt wird, und danach zum Einlass 27 des Injektors 19 fliessen. Der im Vorerhitzer 16 auf die Temperatur der Verbrennungsgase angewärmte Sauerstoff verursacht bei Strömung durch den Injekto einen bestiDmten Ansaugdruck in der Ansaugöffnung 25, wodurch ein Teil de Rauchgase aus dem Kanal 20 abgesaugt und mit dem Sauerstoff vermischt wir Dieses Gasgemisch wird hinter dem Injektor der Brennervorrichtung zugeführt, in der es mit dem Kraftstoff reagiert. Bei dieser Vorrichtung wird also ein Teil der abgeführten Rauchgase, bevor diese in den Vorerhitzer 18 eingetreten sind, dem durch den Vorerhitzer 18 hindurchgegangenen Sauerstoff zugesetzt. Das bedeutet, dass die Nassenströme iuroh den Vorerhit zer 18 wesentlich kleiner sein werden als wenn der Zusatz der Verbrennung

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gase zum Sauerstoff an der kalten Seite des Vorerhitzers 18 erfolgen wurde, also nachdem die Rauchgase durch den Vorerhitzer 13 hinduroh gegangen sind, und bevor der Sauerstoff in den Vorerhitzer 18 eingetreten ist. Schon aus diesem Gründe konnte der Vorerhitzer 18 bei gleichen Wärmeverlusten kleiner sein. Aber wie im Obenstehenden bereits beschrieben wurde, ist der Unbalanzfaktor, d.h. das Verhältnis zwischen den Wärmeka^azitätsströmungsstärken der durch den Vorerhitzer 18 hindurchströmenden Verbrennungsgase und Sauerstoff derart, dass aus diesem Grunde abermals eine grosse Verkleinerung des Vorerhitzers 18 bei denselben Wärmeverlusten auftritt. Deswegen kann der Vorerhitzer 18 um einen Faktor 10 kleiner sein als wenn die Bückleitung der Hauchgase an der kalten Seite erfolgen würder Dies ergibt eine grosse Kosten- und Baumeinsparung.

Der Vorteil der Anwendung eines Injektors 19 zum Vermischer der Bauchgase mit dem Sauerstoff ist, dass das Mischverhältnis bei unterschiedlichen Massenstromungen konstant ist. Statt eines Injektors kann gegebenenfalls ein Ventilator in die Verbindungsleitung aufgenommen sein. Statt des gasförmigen Sauerstoffes ist es auch möglich, flüssigen Sauerstoff im Behälter 16 zur Verfugung zu haben. Dabei ist es dann möglich, diesen Sauerstoff mit Hilfe der Verbrennungsgase zu verdunsten und auf Druck zu bringen* Es ist auch möglich, mit einer Flüssigkeitspumpe den flüssigen Sauerstoff auf Druck zu bringen.

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Claims (1)

1. • PHN. 2826.

   - 7 -PATEITAISPBtJCHB.

   1« I«i««ga*aotor mit einen oder mehreren Kompreseionsraumen

   mit Terlnderliehe* Inhalt und niedrigerer mittlerer Temperatur, die mit einea oder mehreren Kcpaasionsraumen mit ebenfall· rerfinderliohea Inhalt und höherer mittlerer Temperatur rerbunden sind, vobei eioh in der Verbindung svieohen jenen Bäumen ein Regenerator und ein Erhitzer befindetι wöbej der Motor weiter mindestens eine Brennervorriohtimg enthält mit mindestens einer eioh daran aneohlieseenden Brennstoffzufuhr, mindestens einem über ™ einen Torerhitser eich daran anschliessenden Zuführungekanal für Sauerstoffhaltig«· das, eovie einem sieh daran anschliessenden Abführungskanal fur Verbrennungsgas·, der über den Vorerhitzer aus β erhalb de· Motors mündet» daduroh gekennzeichnet, das· der Zuführungekanal für saueretoffhaltigee Qas mit «einer τοη der Brennerrorriohtung abgewandten Seite an einen Behälter anaohliesabar ist, in dem sioh Sauerstoff befindet, und wobei ■wischen diese« Zufuhrungakanal und dem Abführungskanal für die Verbren-

   nungagase «in« Verbindung vorhanden ist, durch die ein Teil der Verbrennungsgas e in den Zufuhrungekanal für Sauerstoff fliessen kann und die sioh M einerseits an den zwischen dem Vorerhitzer und der Brennerrorriohtung liegenden Teil des ^führungskanal· und andererseits an den ebenfalle zwischen dem Vorerhitzer und der Brennervorrichtung liegenden Teil des Abfuhrungskanals ansohlleset.

   2· Heissgasmotor nach Anspruoh 1, daduroh gekennzeichnet, das·

   sioh in der Verbindung «wieohen dem Zu- und dem Abfuhrungskanal ein Ventilator befindet·

   3, Heissgasmotor na oh Anspruoh 1, daduroh gekennzeichnet, dass

   in dem Teil des Zuführungekanals zwischen dem Vorerhitzer und der Brenner-Torrichtung ein Injektor angeordnet ist, an dessen Ansaugseite sich die genannte Verbindung zwisohen dem Zu- und Abfuhrungskanal anschliesst.

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