DE2150654A1

DE2150654A1 - Ein- oder Mehrstufenexpansionsmaschine

Info

Publication number: DE2150654A1
Application number: DE19712150654
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: HUBERS CORNELIUS
Current assignee: HUBERS CORNELIUS
Priority date: 1970-10-29
Filing date: 1971-10-11
Publication date: 1972-05-04
Also published as: GB1365105A; NL153639B; DE2150654C2; BE774590A; NL7015863A; FR2110091A5; JPS5920848B1

Description

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PatentanwKft· Dlpl.-lng. R. BEETZ «an.

Dipi-inr. κ. lamprecht

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8 München 22, Slemsdorfatr. 10

91-17.6llP(17.6l2H) · 11.10.1971

Comelis Hubers, van Ostadelaan 2, Rozenburg, Niederlande Ein- oder Mehrstufenexpansionsmaschine

Die Erfindung bezieht sich auf eine Ein- oder Mehrstufenexpansionsmaschine.

Die Erfindung bezweckt eine Expansionsmaschine mit einer gros sen Leistung und einer verhältnismässig niedrigen Tourenzahl zu erhalten, die mit Verbrennungsgasen gespeist wird, wobei eine voll ständige oder nahezu vollständige Verbrennung des Brennstoffes erfolgt.

Dies wird mit der erfindungsgemässen Expansionsmaschine dadurch erzielt, dass der Kopf des Zylinders mit einem Gehäuse ver sehen ist, das durch eine Zwischenwand in einer ersten Kammer und einer zweiten Kanuner unterteilt ist, wobei rl ie erste Kammer in offener Verbindung mit dem Zylinder steht, in welcher ersten

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Kanuner sich ein oder eine Anzahl mit einer Zufuhrleitung für Brennstoff versehene Brenner befindet, während die zweite Kammer über eine Leitung mit einem gesteuerten Einlassventil mit einem Behälter für Druckluft in Verbindung steht, welcher Behälter über ein Rückschlagventil mit dem Zylinder verbunden ist und wobei die beiden Kammern durch eine oder eine Anzahl Druckausgleichleitungen, die zugleich als Wärmeschloss ausgebildet ist oder sind, miteinander in Verbindung stehen. Da der. oder jedem Brenner immer ein Ueberschuss an Luft zugeführt werden kann, wird mit Gewissheit eine vollständige Verbrennung erzielt.

Um den Kolben gegen die Beeinflussung der Flamme des Brenners zu schützen, kann in der offenen Verbindung der ersten Kammer mit dem Zylinder eine Abschirmplatte angeordnet sein, wodurch vermieden wird, dass die Flamme des oder jedes Brenners mit der Stirnfläche des Kolbens in Berührung kommt. Auch kann zum Schutz gegen Einbrennung die obere Fläche des Kolbens gemäss der Erfindiang mit einer schützenden Verkleidung, zum Beispiel aus feuerfestem keramischem Material, versehen sein.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemassen Expansionsmaschine wird dadurch gekennzeichnet, dass sie derart ausgebildet ist, dass während jedes vollständigen hin- und hergehenden Hubes des Kolbens dem oder jedem Brenner ununterbrochen Brennstoff mit einer verschieden grossen Menge derart zugeführt wird, dass die grÖ3ste Menge Brennstoff kurz vor oder von dem Anfang des Arbeitshubes ab während einer im voraus bestimmter. Zeit mit konstanter oder nahezu konstanter Menge zugeführt wird.

Gemäss der Erfindung kann die Expansionsmaschine als Ein-

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oder Mehrstufenmaschine mit epizykloidalem Drehkolben ausgebildet sein.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung näher auseinandergesetzt, in der beispielsweise drei Ausführungsformen der erfindungsgemassen Expansionsmaschine schematisch teilweise dargestellt sind. Es zeigen:

Fig. 1 im Schnitt einen Teil der ersten Aus führungs fc-rm, die mit einem separaten Behälter für Pressluft versehen ist;

Fig. 2 im Schnitt einen Teil der zweiten Ausführungsform einer Expansionsmaschine mit sich hin und herbev/egendem Kolben, wobei die zweite Kammer im Behälter für Pressluft angeordnet ist;

Fig. 3 im Schnitt einen Teil der dritten Ausführungsform, bei der die Expansionsmaschine als Drehkolbenmaschine mit einem epizykloidalen Drehkolben ausgebildet ist.

In Fig. 1 ist der obere Teil eines Zylinders I einer Expansionsmaschine dargestellt, worin ein sich hin- und her bewegender Kolben 2 angeordnet ist. In der Stirnwand oder im Zylinderdeckel 3 ist eine mit einem Rückschlagventil 4 versehene Oeffnung 5 vorgesehen, die durch ein Rohr 6 mit einem Behälter 7 für Druckluft verbunden ist.

Die obere Wand oder der Deckel 3 des Zylinders 1 ist mit einem Gehäuse 8 versehen, das im Zusammenhang mit einer günstigen Ortsverteilung einen Winkel mit dem Zylinder 1 bildet und das durch eine Zwischenwand 9 in einer ersten Kammer 10 und einer zweiten Kammer 11 unterteilt ist. Vorzugsweise ist dieses Gehäuse mit einem wärmeisolierenden Futter 12 versehen. Die Kammern.10 und stehen miteinander in Verbindung durch Kanäle 13, die zum Ausgleichen des Druckes in diesen Kammern und zugleich als Wärmeschloss BAD ORIGINAL

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dienen. Diese Kanäle können als Rillen in der Innenwand des Gehäuses 8 oder als in diesen Kammern befindliche Rohre ausgebildet sein.

In der Kammer 10, die durch eine Oeffnung 14 in offener Verbindung mit dem Zylinderrauiu 15 über dem Kolben 2 steht, ist ein Brenner 16 vorgesehen. Eine in d&r Oeffnung 14 angeordnete Abschirmplatte 17 verhindert, dass die Flamme des Brenners 16 direkt mit der oberen Fläche des Kolbens 2 in Berührung kommt. Diese .obere Fläche ist ausserdem mit einer keramischen Verkleidung 18 versehen.

Die zweite Kammer 11 des Gehäuses δ ist durch ein Rohr 19, in dem ein mit einem durch die Expansionsmaschine angetriebenen Nocken gesteuertes Einlassventil 20 vorgesehen ist, mit dem Behälter 7 verbunden.

In den Leitungen 6 und 19 können nicht dargestellte Verschlussorgane angeordnet sein, die geschlossen werden, wenn die Expansionsmaschine nicht benutzt wird, um das Weglecken der im Behälter vorhandenen Pressluft zu verhindern. Der Behälter 7 ist über eine mit einem Verschlussorgan 45 versehene Leitung 46 mit der Kammer 11 verbunden.

Die oben beschriebene Expansionsmaschine wirkt wie folgt:

Aus dem Behälter 7 strömt unter Steuerung des gesteuerten Einlassventile 20 Luft in die Kammer Ii, von wo diese Luft zu dem Brenner 16 strömt, welchem Brenner Brennstoff über eine nicht dargestellte gesteuerte Brennstoffzufuhr zugeführt wird. Die Verbren~ nungsgase strömen durch die Oeffnung 14 in den Zylinderraum 15 und drücken den Kolben nach unten, bis dieser die Auslassöffnung oder -oeffnungen 21 freigibt. Die ausgenutzten Verbrennungsgase strömen durch diese Auslassöffnungen aus dem Zylinder 1, wobei dieser über ein oderlnehrere Lufteinlassöffnungen 22 gespült und mit Luft ge-

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füllt wird. Bei dem zurückgehenden Hub wird die Luft über dem Kolben 2 über das Rückschlagventil 4 und den Kanal 5 und die Leitung 6 in den Behälter 7 gepresst. Ein Teil der Luft bleibt jedoch im Zylinder zwischen dem Kolben 2 und dem Zylinderdeckel 3 sowie in der Kammer 10 zurück, wodurch der Brenner 16, dem eine kleine Menge Brennstoff zugeführt wird, brennen bleiben kann. Bei dem zurückgehenden Hub des Kolbens wird die Brennstoffmenge, die dem Brenner 16 zugeführt wird, wieder.vergrössert.

Die Ausführungsform gemäss Fig. 2 unterscheidet sich von derjenigen gemäss Fig. 1 dadurch, dass der obere Teil des Gehäuses gebildet ist, indem man die zweite Kammer 11 mit einem Behälter 23 für die Pressluft zusammenfallen lässt, von welchem Behälter 23 die Achse mit der Achse des Zylinders 1 zusammenfällt. Die Kammer 11 des Brenners steht durch ein durch eine leichte Feder belastetes Einlassventil 24 mit dem Behälter 23 in Verbindung, welcher Behälter durch eine Leitung 25 mit einer im Zylinderdeckel angeordneten, mit einem Rückschlagventil 27 versehenen Oeffnung 28 verbunden ist. Der Inhalt des Behälters 23, des Lufteinlasskanals des Brenners, des Verbindungskanals 25 und des Raumes im Zylinder über dem Kolben 2, wenn sich dieser in seiner höchsten Stellung befindet, bilden zusammen das Volumen einer Zylinderkompressionseinheit. Das Rückschlagventil 27 ist in diesem Fall angeordnet um verhindern zu können, dass Luft zurückströmen kann, ohne in genügendem Masse an dem Verbrennungsprozess teilgenommen zu haben.

In der oberen Fläche des Kolbens 2 ist gegenüber dem Brenner 16 eine schalenförmige Aussparung 25 vorgesehen, während sich zwischen dieser schalenförmigen Aussparung 29 und dem Zylinder-

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deckel 26 eine mit Oeffnungen 30 versehene Abschirmplatte 31 befindet, die verhindert, dass die Flamme des Brenners 16 direkt mit der oberen Fläche des Kolbens 2 in Berührung kommt.

Im Behälter 23 ist ein Ventilator 32 vorgesehen, der dafür Sorge trägt, dass auch bei minimaler Brennstoffzufuhr dem Brenner genügend Luft zugeführt wird, wodurch erreicht wird, dass der Brenner während des ganzen Kreislaufes brennen bleiben kann. Die Kammern 10 und 11 stehen ebenso wie bei der oben beschriebenen Ausführungsform durch lange dünne Kanäle 13 miteinander in .Verbindung .

Fig. 3 zeigt eine Drehkolbenmaschine mit einem Zylinder 33, in den sich ein epizykloidaler Kolben 34 befindet. Der Raum 35 in dem Zylinder 33 steht wieder mit einem mit zwei Kammern 36,37 versehenen Gehäuse 38 in Verbindung, das über eine Oeffnung mit einem gesteuerten Ventil 39 und eine Leitung 40 mit einem Behälter 41 für Pressluft verbunden ist, dem durch eine mit einem Rückschlagventil 42 versehene Leitung 43 frische durch den Kolben 34 komprimierte Luft zugeführt wird. Die mit den Kammern 36 und 37 und dem Brenner 44 versehene Vorrichtung kann auf dieselbe Weise wie bei den Ausführungsformen gemäss den Fig. 1 und 2 ausgebildet sein.

Bemerkt wird, dass, wenn keine genügende Luftströmung vorhanden sein würde, wenn der Kolben 34 die Oeffnung der Kammer 36 passiert, um dafür Sorge zu tragen dass der Brenner zu brennen fort-

fährt, auch hier ein Ventilator benutzt werden kann.

Die erfindungsgemässe Vorrichtung kann auch als Mehrstufenexpansionsmaschine ausgebildet werden, wobei die aus dem ersten

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Zylinder kommenden Verbrennungsgase nacheinander einem mit niedrigerem Druck arbeitenden Zylinder zugeführt werden, wobei umgekehrt schliesslich der letzte Zylinder dem Behälter mit Pressluft komprimierte Luft zuführt.

Eine Mehrstufenmaschine kann derart ausgebildet sein, dass die erste Arbeitsstufe vollständig als Füllung benutzt wird. In diesem Falle ist kein Einlassventil 39 nötig.

Die Erfindung ist nicht auf die obenbeschriebenen und in der Zeichnung dargestellten Ausfuhrungsformen beschränkt, sondern diese können auf zahlreiche Weisen geändert werden ohne das Gebiet der nachstehenden Ansprüche zu verlassen.

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Claims

-Jfc -

Patentansprüche

TT) Ein- oder Mehrstufenexpansionsmaschine/ dadurch gekennzeichnet, dass der Kopf des Zylinders mit einem Gehäuse versehen ist, dass durch eine Zwischenwand in einer ersten Kammer und einer zweiten Kammer unterteilt ist, wobei die erste Kammer in offener Verbindung mit dem Zylinder steht, in welcher ersten Kammer sich ein oder eine Anzahl mit einer Zufuhrleitung für Brennstoff versehene Brenner befindet, während die zweite Kammer über eine Leitung mit einem gesteuerten Einlassventil mit einem Behälter für Druckluft in Verbindung steht, welcher Behälter über ein Rückschlagventil mit dem Zylinder verbunden ist und wobei die beiden Kammern durch eine oder eine Anzahl Druckausgleichleitungen, die zugleich als Wärmeschloss ausgebildet ist oder sind, miteinander in Verbindung stehen, wobei Mittel vorgesehen sind um eine Luftmenge zum ununterbrochenen Brennenlassen des Brenners zuzuführen.
2. Expansionsmaschine gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der offenen Verbindung der ersten Kammer mit dem Zylinder eine Abschirmplatte für die Flamme des oder jedes Brenners vorgesehen ist.
3. Expansionsmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die obere Fläche des Kolbens mit einer schützenden Bekleidung versehen ist.
4. Expansionsmaschine nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass sie derart ausgebildet ist, dass während jedes

vollständigen hin- und hergehenden Hubes des Kolbens delm oder jedem Brenner ununterbrochen Brennstoff mit einer verschieden gros-

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sen Menge derart zugeführt wird, dass die grösste Menge Brennstoff kurz vor oder von dem Anfang des Arbeitshubes ab während einer im voraus bestimmten Zeit mit konstanter oder nahezu konstanter Menge zugeführt wird.
5. Expansionsmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede Kolbenfläche in ihrer oberen Fläche oder in ihrem, in ihrer Drehrichtung gesehen, liegenden Vorderteil mit einer Vertiefung versehen ist.
6. Expansionsmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben als epizykloidaler Drehkolben ausgebildet ist.

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