DE19725646A1 - Zylinderkolbeneinheit, insbesondere für Dampfkraftmaschinen - Google Patents
Zylinderkolbeneinheit, insbesondere für DampfkraftmaschinenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Zylinder-Kolbeneinheit, insbesondere für Dampfkraft
maschinen mit Expansion unter Wärmezufuhr gemäß dem Oberbegriff des
Hauptanspruches.
Vorbekannt ist eine Dampfkraftmaschine mit Zylinder- Kolbeneinheit gemäß der
Schrift DE-PS 8 28 988 mit Expansion unter Wärmezufuhr. Der Kolben weist einen
nach seiner Innenseite isolierten Wärmekopf auf. Die Wärmezufuhr zum Zylinder-Kolben
element erfolgt über Zylinderrippen mittels eines offenen Brenners im
Hubbereich des isolierten Wärmekopfes und des Zylinderkopfes mit dem Verdich
tungsraum. Die Dampferzeugung erfolgt direkt im beheizten Zylinder durch dosierte
Wassereinspritzung. Den Auslaß für den expandierten Wasserdampf bilden durch
den Kolben im Bereich des unteren Totpunktes freigegebene Schlitze.
Vorbekannt sind durch die Schrift DE 43 22 109 A1 Porenbrenner für eine im
wesentlichen NOxfreie Verbrennung. Durch eine gestuft vom Brenngaseinlaß zum
-auslaß von fein- nach grobporig variierte Schichtung von Teilen wird eine Stabili
sierung und Temperaturbegrenzung im Verbrennungsablauf erzielt, womit eine
schadstoffarme Verbrennung gesichert wird. Diese Brennerart weist eine hohe
Leistungsdichte bezogen auf ihr Bauvolumen auf, wobei eine Anwendung
als Warmwasser- oder Dampferzeuger beschrieben ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, der Zylinder-Kolbeneinheit der Dampf
kraftmaschine mittels eines Porenbrenners unmittelbar Wärme am Zylinderkopf und
Expansionsraum zuzuführen.
Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruches und
in den Nebenansprüchen genannten Merkmale gelöst. Mittels der vorgeschlagenen
Bauart wird einerseits eine komplexe Wärmezuführung zum Arbeitsmedium für
den gesamten Arbeitsraum sowie ein verlustarmer Wärmeübergang dorthin erreicht.
Porenbrenner funktionieren mit relativ niedrigen Brenntemperaturen und ermöglichen
aufgrund ihrer Struktur eine Herstellung von Wärmebrücken unmittelbar zur
Zylinder-Kolbeneinheit.
Das niedrige Brenntemperaturniveau eignet sich einerseits für eine Wärmeübertra
gung zum Arbeitsprozeß einer Dampfkraftmaschine mit einer Expansion unter
Wärmezufuhr und gewährleistet andererseits eine schadstoffarme Verbrennung.
Die Merkmale der Unteransprüche werden im Zusammenhang mit ihrer Wirkung in
der Beschreibung erläutert.
Anhand einer Zeichnung wird nachfolgend ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit
Ausgestaltungen gemäß den Unteransprüchen beschrieben.
Es zeigt:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Zylinder-Kolbeneinheit mit einem
Verdränger und einer Wärmezuführung durch einen ringförmigen
Porenbrenner,
Fig. 2 eine Draufsicht auf einen polygonförmigen Verdränger mit vergrößerter
Oberfläche.
In Fig. 1 ist eine Zylinder-Kolbeneinheit 1 mit einem Kolben 2 und Verdränger 3 sowie
einer gesamtheitlichen Wärmezuführung zum Arbeitsmedium im gesamten
Arbeitsraum 5 gezeigt. Hierzu wird ein spezielle Porenbrenner 50 mit der
Brennstrecke A angewandt. Wärmeübergangsstrecken B und C umgeben den
unteren Teil des Zylinderkopfes 43 und den Zylinder 1 im Hubbereich 41 des
Verdrängers 3. Der Führungskolben 2 trägt Dichtringe 21 sowie einen wärmeisoliert
befestigten Verdränger 3. Er ist über ein Pleuel mit einer Kurbelwelle verbunden -
nicht dargestellt - und wird in der Zylinderbohrung 4 in einem warmen und kalten
Zylinderabschnitt 41; 46 geführt.
Der Verdränger 3 weist vorzugsweise eine Absorptions- oder Reflexionsoberfläche
31 auf, hinter der vorzugsweise eine Wärmespeicherschicht 32 und Isolierschicht 33
liegt. Mit diesen vorbeschriebenen Ausgestaltungsmerkmalen des Verdrängers 3
wird einerseits eine Speicherung von Wärme oder andererseits eine Reflexion von
Wärme zur Aufheizung der Ladung zwischen Verdränger 3 und der Innenfläche des
Zylinderabschnittes 41 erzielt. Diese Gestaltung sichert eine korrektive Übertragung
von Wärme mit hohem Wirkungsgrad durch die Strömung im Zylinderraum und die
warmen Wände des Zylinderabschnittes 41 und des Zylinderkopfes 43.
Am Zylindermantel 42 sind im Zylinderabschnitt 41 des Verdrängers 3 oder
zusätzlich am Zylinderkopf 43 radiale Rippen 44 oder/und zueinander versetzte
nadel- oder stegförmige, radiale Ansätze angeordnet. Zwischen deren nach außen
geschlossenen Sektoren werden Wärmeübergangsstrecken B und C des
Porenbrenners 50 gebildet. Zylindermantel 42 und Zylinderkopf 43 können in der
vorbeschriebenen Gestaltung als Guß- oder Sinterteile ausgeführt sein und/oder
eine Beschichtung zur Vergrößerung der wärmeübertragenden Oberfläche auf
weisen.
Der Verdränger 3 ist in seinem Hubbereich mit Spiel parallel zum umgebenden
warmen Zylinderabschnitt 41 geführt und weist einen sich zum Zylinderkopf 43
verkleinernden Querschnitt auf. Für einen optimalen Wärmeübergang an das
Arbeitsmedium, das sich im Arbeitsraum 5 und im Spalt zwischen warmem
Zylinderabschnitt 41, Zylinderkopf 43 und Verdränger 3 befindet, können die
zueinander komplementären Oberflächen polygonartig ausgeführt sein. Diesem
Bereich ist die heißeste Wärmeübergangsstrecke B zugeordnet.
Bei der von außen beheizten Zylinderbohrung 4 ist der warme Zylinderabschnitt 41
im Hubbereich des Verdrängers 3 und der Zylinderkopf 43 vorteilhaft als Strahler
ausgebildet, dessen Strahlung im Bereich des Absorptionsspektrums des
Arbeitsmediums liegt.
Dem Zylinderkopf 43 ist der Porenbrenner 50 zugeordnet. Er erstreckt sich über
einen Teil des Zylinderkopfs 43 ringförmig.
Zweckmäßig sind Wärmeübergangsstrecken B und C des Porenbrenners 50 und der
Dampferzeuger 6 außen von einer Isolierschicht 51 umgeben.
Die Außenseite der Wärmeübergangsstrecken C am Zylindermantel 42 ist von einem
Dampferzeuger 6 oder Vorwärmer umschlossen. Aus dem Dampferzeuger 6
umgebenden Raum erfolgt die Abführung der Brenngase des Porenbrenners 50.
Vorteilhaft sind Rohrkanäle 7 einer Überhitzerstufe zwischen den
Wärmeübertragungsstrecken B und C und/oder im Zylindermantel 42, vorzugsweise
in dessen radialen, zur Achse des Zylindermantels 42 parallel verlaufenden
Rippen 44, geführt angeordnet.
Im kalten Zylinderabschnitt 46 am Ende des Hubbereiches des Führungskolbens 2
mündet der Auslaßkanal 11 mit Fenstern, die von den Dichtringen 21 des
Führungskolbens 2 überlaufen werden.
1
Zylinder-Kolbeneinheit
2
Führungskolben
21
Ringdichtungen
3
Verdränger
31
Absorptions- oder Reflexionsoberfläche
32
Wärmespeicherschicht
33
Isolierschicht
4
Zylinderbohrung
41
warmer Zylinderabschnitt/Hubbereich des Verdrängers
3
42
Zylindermantel
43
Zylinderkopf
44
Rippen
46
kalter Zylinderabschnitt/Hubbereich des Führungskolbens
2
5
Arbeitsraum
50
Porenbrenner
51
Isolierschicht
6
Dampferzeuger
7
Rohrkanäle einer Überhitzerhaube
11
Auslaßkanal
A Brennstrecke von
A Brennstrecke von
50
B Wärmeübergangsstrecke
C Wärmeübergangsstrecke
C Wärmeübergangsstrecke
Claims (11)
1. Zylinder-Kolbeneinheit, insbesondere für Dampfkraftmaschinen mit
Expansion unter Wärmezufuhr folgender Bauart,
- - ein im Zylinderelement geführter Kolben weist einen Verdränger auf,
- - eine Heizeinrichtung ist am Zylinderelement für den Hub bereich eines nicht dichtenden Verdrängers angeordnet,
- - die Arbeitsmittelzuführung erfolgt dampfförmig oder flüssig im Bereich des oberen Totpunktes,
- - ein Auslaß des expandierten Arbeitsmittels erfolgt zumindestens im Bereich des unteren Totpunktes, dadurch gekennzeichnet, daß am warmen Zylinderabschnitt (41) im Hubbereich des Verdrängers 3 und am Zylinderkopf (42) Wärmeübergangsstrecken (B; C) eines den Zylinderkopf (43) in seiner Höhe teilweise umschließenden Porenbrenners (50) angeordnet sind.
2. Zylinder-Kolbeneinheit nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß am Zylinderabschnitt (41) im Hubbereich des Verdrängers (3) oder
zusätzlich am Bereich des Zylinderkopfes (43) radiale Rippen (44)
oder/und zueinander versetzte nadel- oder stegförmige,
radiale Ansätze angeordnet sind, zwischen deren nach
außen geschlossenen Sektoren Wärmeübergangsstrecken (B;C) des
Porenbrenners (50) angeordnet sind.
3. Zylinder-Kolbeneinheit nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Zylinderabschnitt (41) und der Zylinderkopf (43) als Guß- oder
Sinter-Teile ausgeführt sind.
4. Zylinder-Kolbeneinheit nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Zylinderkolbenabschnitt (41), der Zylinderkopf (43) und der
Verdränger 3 einzeln oder serienmäßig eine die Wärmeübergangsfläche
vergrößernde Beschichtung aufweisen.
5. Zylinder-Kolbeneinheit nach einem oder mehreren der
vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die heißen Zonen und die
Wärmeübergangsstrecken (B; C) des Porenbrenners (50) nach außen von
einer Isolierschicht (51) umgeben sind.
6. Zylinder-Kolbeneinheit nach einem oder mehreren der
vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Außenseite des den Zylinderkopf (43) und Zylindermantel (42)
umschließenden Porenbrenners (50) mit seinen
Wärmeübergangsstrecken (B; C) vom Dampferzeuger (6) oder Vor
wärmer umschlossen ist.
7. Zylinder-Kolbeneinheit nach einem oder mehreren der
vorangehenden Ansprüche
dadurch gekennzeichnet,
daß die Überhitzerstufe aus mehreren Rohrkanälen besteht,
die in oder zwischen den Wärmeübergangsstrecken (B; C) des
Porenbrenners (50) und/oder im Zylindermantel (42), vorzugsweise in
dessen radialen zur Achse des Zylindermantels parallel verlaufenden
Rippen (44), geführt sind.
8. Zylinder-Kolbeneinheit nach einem oder mehreren der
vorangehenden Ansprüche
dadurch gekennzeichnet,
daß die Innenseiten von Zylindermantel (42) und Zylinderkopf (43) als
Strahler ausgebildet sind, dessen Strahlen im Bereich des
Absorptionsspektrums des Arbeitsmediums liegt.
9. Zylinder-Kolbeneinheit nach einem oder mehreren der
vorangehenden Ansprüche, bei welcher der Verdränger mit
Spiel gegenüber der Zylinderinnenfläche geführt ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Oberfläche des Verdränger (3) als Absorptionsfläche und/oder
Reflexionsfläche für die Strahlung des Zylindermantels (42) ausgeführt ist
und eine Wärmespeichermasse (32) aufweist, die nach innen von
einer Isolierschicht (33) umgeben ist.
10. Zylinder-Kolbeneinheit nach einem oder mehreren der
vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Verdränger (3), der Zylindermantel (42), der warme
Zylinderabschnitt (41), und der Zylinderkopf (42) mit komplementären
Polygonkonturen ausgestattet sind.
11. Zylinder-Kolbeneinheit nach einem oder mehreren der
vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß am Zylindermantel (42) im Hubbereich des Verdrängers (3)
und/oder Zylinderkopf (43) zueinander versetzte, gewellten
Lochplatinen gleichende Rippen (44) an- oder eingegossen bzw.
eingesintert sind.
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| 8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: TEA GMBH TECHNOLOGIEZENTRUM EMISSIONSFREIE ANTRIEB |
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| 8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |